Измерение прочности металла: прочность при растяжении и ударная прочность
Прочность при растяжении и ударная вязкость - два наиболее важных фактора, которые необходимо учитывать при выборе металла для конкретного проекта, особенно когда речь идет о конструкционных применениях. Очень важно понимать эти механические свойства и способы их проверки, прежде чем выбрать подходящий металл для вашего проекта.
Что такое прочность на разрыв?
Прочность при растяжении - это измерение устойчивости металла к деформации и разрушению при воздействии на него нагрузок, разрывающих его на части (известных как растягивающие нагрузки). Прочность материала на разрыв обычно измеряется в фунтах на квадратный дюйм (PSI) или паскалях (Па).
Прочность при растяжении бывает трех видов, а именно:
Предел текучести при растяжении.
Предел прочности при растяжении.
Предел прочности при разрушении.
Предел текучести металла - это прочность, которую он имеет до тех пор, пока не начнет пластически деформироваться. Предел прочности при растяжении - это наивысшая прочность металла на разрыв, которая обычно обнаруживается после начала пластической деформации. Прочность металла в точке окончательного разрушения называется пределом прочности при разрушении.
Испытание прочности на растяжение:
Для более точного измерения прочности материала на разрыв необходима машина для испытания на растяжение. Эта машина состоит из двух комплектов губок, блока управления и цилиндров, создающих растягивающую нагрузку. Для проведения исследования в губки помещается металлический образец. В большинстве случаев металл обрабатывается таким образом, что в месте зажатия губками он прочнее, чем в середине. Блок управления активирует цилиндры, и один или оба комплекта губок начинают смещаться друг от друга, вызывая растяжение металла. Данные о том, какое усилие было использовано, поступают с устройства управления до тех пор, пока материал не достигнет точки разрушения.
Затем данные об усилии объединяются с площадью поперечного сечения металла для определения силы в единицах площади, таких как PSI или Па. Для отображения результатов испытания на растяжение можно использовать кривую "напряжение-деформация". Поскольку очень многие металлы в течение срока службы подвергаются растягивающей нагрузке, прочность при растяжении - это механическое свойство, которое обычно регистрируется. Цепи для подъема или буксировки, крепежные детали при затягивании или конструкционные металлы в небоскребе, когда ветер увеличивает вес конструкции, - вот некоторые функциональные случаи, когда прочность на разрыв является критическим фактором.
Что такое ударная прочность?
Ударная прочность - это способность металла выдерживать энергию столкновения, не допуская при этом образования трещин или разрушения. Ударная прочность, также называемая твердостью, обычно измеряется в футах стерлингов или ft-lbf, иначе в джоулях на метр или J/m.
Испытание ударной вязкости
Ударная вязкость может быть измерена различными способами. Испытание по методу Шарпи с V-образным надрезом является одним из наиболее часто используемых методов. Металлический образец обрабатывается до размера, определенного стандартом, и в середине обрабатывается выемка для проведения испытания с V-образным надрезом Шарпи. Этот надрез работает как геометрический концентратор напряжения, заставляя вещество трескаться в точном месте, необходимом для проведения испытания. Этот надрез должен быть обработан с высокой точностью, поскольку он имеет решающее значение для получения правильных данных испытания.
Затем для анализа образца металла используется тестер с V-образным надрезом Шарпи. Испытатель V-образного надреза Шарпи состоит из тисков для образца и горизонтально расположенного маятника с известным весом.
Во время измерения маятник отпускается, и измеряется энергия, потребляемая металлом при ударе маятника и его деформации. Количество потребленной энергии затем комбинируется с размерными характеристиками металла для определения его ударной силы. Это испытание часто проводится при различных температурах, поскольку температура оказывает значительное влияние на ударную способность металла. Испытание на ударную прочность по методу Изода - еще один вариант определения твердости.
Поскольку металлы подвергаются столкновениям и ударам - даже непреднамеренным - в слишком многих областях применения, ударная прочность является важным механическим свойством, которое необходимо понимать. Столкновение головки молотка с человеком, штампы для штамповки и зубила - все это примеры ударных нагрузок, воздействующих на металлы.
