Šesť bežných testov pevnosti materiálu

Pevnosť materiálu hrá kľúčovú úlohu pri určovaní toho, ako sa materiál bude správať pri rôznych namáhaniach a podmienkach.

Či už navrhujete budovu, strojová časť, alebo celú štruktúru, Rozhodujúce je vedieť, ako bude materiál fungovať pod silou.

Na meranie rôznych druhov pevnosti sa používajú rôzne typy materiálových skúšok, a každý test slúži na jedinečný účel.

Nižšie je uvedených šesť bežných testov pevnosti materiálu, zdôraznenie ich metodológie, kľúčové merania, a aplikácie.

1. Testovanie v ťahu

Skúšanie ťahom je jednou z najpoužívanejších metód hodnotenia mechanických vlastností materiálov, najmä ich schopnosť odolávať silám naťahovania alebo ťahu.

Tento test zahŕňa aplikáciu postupne sa zvyšujúceho ťahového zaťaženia na vzorku materiálu (zvyčajne v tvare činky) kým sa nerozbije.

Zaznamenávaním aplikovaného zaťaženia, modul pružnosti, medze klzu, pevnosť v ťahu, ťažkosť, deformačné vlastnosti, Youngov modul, a Poissonov pomer možno vypočítať.

Skúška sa vykonáva pomocou stroja na skúšanie ťahom, tiež známy ako univerzálny testovací stroj (UTM).

Namerané kľúčové parametre:

• Výnosová sila: Bod napätia, pri ktorom sa materiál začína plasticky deformovať (trvalá deformácia). Napríklad, pre nízkouhlíkové ocele, medza klzu je zvyčajne okolo 250 MPA.
• Konečná pevnosť v ťahu (Uts): Maximálne namáhanie, ktoré materiál vydrží pred rozbitím.
  Oceľ, napríklad, môže mať UTS v rozmedzí od 400 MPA do 700 MPA v závislosti od zliatiny.
• Modul pružnosti (Youngov modul): Pomer napätia k deformácii v rámci elastickej oblasti, označujúci tuhosť materiálu. Pre oceľ, Youngov modul je typický 200 GPA.
• Predĺženie: Percento zväčšenia dĺžky materiálu pred jeho rozbitím. Materiály s vysokou ťažnosťou, ako je tvárna oceľ, môže sa predĺžiť o viac ako 10% pred neúspechom.

Skúšanie ťahom je nevyhnutné pre materiály používané v konštrukčných komponentoch, ako sú kovy, plasty, a kompozitné materiály.
Poskytuje cenné údaje o tom, ako sa materiály budú správať pod napätím v reálnych aplikáciách, od káblov v mostoch až po komponenty v lietadlách.

2. Kompresívne testovanie

Kompresné testovanie hodnotí schopnosť materiálu odolávať tlakovým silám - silám, ktoré tlačia alebo stláčajú materiál.
Test je užitočný najmä pre krehké materiály, ako je betón, keramika, a niektoré kovy.

V tomto teste, vzorka materiálu sa umiestni do stroja na skúšanie tlaku, kde je aplikované zaťaženie, kým sa materiál nedeformuje alebo nezlyhá.

Namerané kľúčové parametre:

• Pevnosť: Maximálne tlakové zaťaženie, ktoré materiál znesie, kým dôjde k poruche.
  Napríklad, betón má typicky pevnosť v tlaku 20-40 MPA, kým vysokopevnostný betón môže prekročiť 100 MPA.
• Drvivá sila: Bod, v ktorom sa krehké materiály lámu pod tlakom.
  To platí pre materiály ako keramika alebo odliatky, ktoré sa môžu zlomiť pri relatívne nízkych tlakových silách v porovnaní s tvárnymi materiálmi.

Kompresívne skúšanie je dôležité najmä v stavebníctve a stavebníctve, kde sú materiály ako betón a oceľové stĺpy navrhnuté tak, aby uniesli značné zaťaženie.

Tento test zabezpečuje, že materiály znesú veľké konštrukčné zaťaženie bez zlyhania.

3. Testovanie únavy

Testovanie únavy je rozhodujúce pre materiály, ktoré sú vystavené cyklickému alebo opakovanému zaťaženiu, aké sa nachádzajú v strojoch, automobilové komponenty, a lietadiel.

Materiály môžu často vydržať vysoké úrovne namáhania, ale môžu zlyhať pri opakovaných cykloch nakladania a vykladania.

V únavovom teste, materiál je vystavený opakovaným cyklom namáhania, až kým nakoniec nezlyhá.

Test simuluje reálne podmienky, kde sú diely vystavené kolísaniu zaťaženia v priebehu času, ako sú časti motora v aute alebo lopatky turbíny v motore lietadla.

Namerané kľúčové parametre:

• Sila únavy: Maximálne napätie, ktoré môže materiál vydržať počas daného počtu cyklov pred porušením.
  Napríklad, oceľové komponenty v automobilových dieloch môžu mať únavovú pevnosť okolo 250 MPA.
• Krivka S-N (Stres vs. Počet cyklov): Táto krivka znázorňuje vzťah medzi aplikovaným namáhaním a počtom cyklov, ktoré materiál vydrží pred porušením.
  O materiáloch ako sú zliatiny titánu je známe, že majú vysokú únavovú pevnosť, vďaka čomu sú vhodné pre letecké aplikácie.

Testovanie únavy je životne dôležité v odvetviach, kde sú komponenty vystavené cyklickému namáhaniu, vrátane automobilového priemyslu, letectvo, a výrobe, kde diely musia vydržať milióny zaťažovacích cyklov bez zlyhania.

4. Torzné testovanie

Testovanie krútením meria schopnosť materiálu odolávať krúteniu alebo rotačným silám. Materiál je pripevnený na jednom konci, a na druhý koniec sa aplikuje krútiaci moment, spôsobí jeho skrútenie.

Tento test poskytuje prehľad o pevnosti materiálu v šmyku, charakteristiky plastickej deformácie, a odozva na rotačné namáhanie.

Namerané kľúčové parametre:

• Strih: Schopnosť materiálu odolávať šmykovým silám. Napríklad, oceľ má typicky pevnosť v šmyku okolo 300 MPA, zatiaľ čo mäkšie materiály ako hliník môžu mať nižšiu pevnosť v šmyku.
• Torzný modul: Odolnosť materiálu proti skrúteniu, čo pomáha pri určovaní celkovej tuhosti materiálov používaných v rotujúcich komponentoch, ako sú hriadele.
• Plastová deformácia: Stupeň trvalého krútenia alebo deformácie pred zlomením materiálu.
  Tvárne materiály budú pred zlyhaním značne skrútené, zatiaľ čo krehké materiály po malých množstvách deformácií rýchlo zlyhávajú.

Testovanie krútenia je rozhodujúce pre hodnotenie materiálov používaných v komponentoch, ako sú hriadele, skrutky, a potrubia, ktoré sú vystavené rotačným silám v strojoch, automobilový, a kozmické aplikácie.

5. Nick Break Testing

Nick break testing je špecializovaný nárazový test, ktorý sa primárne používa na vyhodnotenie pevnosti zvarových spojov.

V oblasti zvárania sa vytvorí malý zárez, a potom sa vzorka udrie nárazovou silou.

K lomu zvyčajne dochádza v zvarovom spoji a spôsob lomu materiálu môže naznačovať kvalitu zvaru.

Namerané kľúčové parametre:

• Pevnosť zvaru: Toto meria schopnosť zvarového spoja odolávať zlomeniu pri náraze. Pevné zvary budú vykazovať minimálne lomy a maximálnu absorpciu energie.
• Húževnatosť: Schopnosť materiálu absorbovať energiu pred zlyhaním. Materiály s vysokou húževnatosťou odolávajú krehkému lomu aj v náročných podmienkach.

Tento test je nevyhnutný pre priemyselné odvetvia, ktoré sa spoliehajú na zváranie pre štrukturálnu integritu, ako je stavba lodí, výstavba, a výroba potrubí.

6. Creep Testovanie

Testovanie tečenia hodnotí, ako sa materiál deformuje pri konštantnom zaťažení počas dlhšieho obdobia, najmä pri vysokých teplotách.

Pre materiály vystavené dlhodobému namáhaniu, napríklad v elektrárňach alebo leteckých motoroch, porozumenie plazivému správaniu je kľúčové.

Počas testu, materiál je vystavený konštantnému namáhaniu pri zvýšenej teplote, a veľkosť deformácie (plaziť sa) sa meria v čase.

Namerané kľúčové parametre:

• Rýchlosť dotvarovania: Rýchlosť, ktorou sa materiál deformuje pod tlakom v priebehu času. Materiály ako superzliatiny používané v prúdových motoroch majú často veľmi nízke rýchlosti tečenia, aby sa zabezpečil výkon pri vysokých teplotách.
• Sila dotvarovania: Schopnosť materiálu odolávať deformácii pri trvalom namáhaní pri vysokých teplotách.
• Čas-Teplota-Transformácia (TTT) Krivka: Táto krivka ukazuje, ako teplota a čas ovplyvňujú rýchlosť tečenia materiálu.

Testovanie tečenia je obzvlášť dôležité pri vysokoteplotných aplikáciách, ako sú turbíny, motory, a reaktory, kde materiály musia bez porúch odolávať dlhodobému tepelnému a mechanickému namáhaniu.

Záver

Týchto šesť skúšok pevnosti - ťah, kompresný, únava, krútenie, nick break, a dotvarovanie – poskytujú zásadný prehľad o tom, ako budú materiály fungovať pri rôznych typoch namáhania.

Každý test slúži na jedinečný účel, či posúdenie odolnosti materiálu voči ťahu, kompresia, cyklický stres, krútiace sily, alebo deformácia pri vysokej teplote.

Pochopením silných a slabých stránok materiálov prostredníctvom týchto testov, inžinieri môžu robiť informovanejšie rozhodnutia pri výbere materiálov pre konkrétne aplikácie.

Zabezpečenie bezpečnosti, trvanlivosť, a spoľahlivosť v celom rade priemyselných odvetví.

 

Ako si objednať produkty od Deze？