Statisk stræk

Statisk spænding  er en af ​​de mest almindelige typer test til bestemmelse af materialers mekaniske egenskaber.

De vigtigste egenskaber bestemt under testen

Ved statisk spænding bestemmes som regel følgende egenskaber for materialet.

Hovedtyper af materialer

Det er sædvanligt at adskille duktile og sprøde materialer. Den største forskel er, at førstnævnte deformeres under testning med dannelse af plastiske deformationer, og sidstnævnte praktisk talt uden dem, op til deres ødelæggelse. Som et kriterium for den betingede klassificering af materialer kan man tage den relative resterende forlængelse δ \u003d (l til  - l 0 ) / l 0 , hvor l 0 og l til  er den indledende og endelige længde af den arbejdende del af prøven ), normalt beregnet som en procentdel. I henhold til mængden af ​​resterende forlængelse kan materialer opdeles i:

Eksisterende materialer kan være isotrope eller anisotrope . I sidstnævnte tilfælde, på grund af forskellen i karakteristika i forskellige retninger, er det nødvendigt at udføre ikke en, men flere test.

Statiske trækprøveprøver

Til statiske trækprøver anvendes prøver med både rundt og rektangulært tværsnit. Der er øgede krav til fremstilling af prøver, både med hensyn til geometri og med hensyn til skæring. En høj ensartethed af prøvediameteren langs dens længde, koaksialitet og høj overfladekvalitet (lav ruhed, ingen ridser og hak) er påkrævet. Ved forberedelse af prøver bør overophedning af materialet og ændringer i dets mikrostruktur undgås.

Prøver af cirkulært tværsnit har som regel en arbejdslængde svarende til fire eller fem diametre - den såkaldte. korte prøver eller ti diametre - de såkaldte. normale prøver. Før testen påbegyndes, måles prøvens diameter (normalt 6, 10 eller 20 mm) for at beregne spændingen σ og for at beregne den relative resterende kontraktion efter prøvefejl. I tilfælde af brug af et ekstensometer måles længden af ​​prøvens arbejdsdel ikke, og deformationen ε og den relative forlængelse ved svigt registreres automatisk ved hjælp af en computer eller målt ud fra diagrammet σ - ε. I mangel af et ekstensometer (ikke anbefalet af standarden), noteres prøvens arbejdslængde, deformationen ε beregnes ud fra forskydningerne af enden af ​​prøven (greb), og den relative forlængelse ved svigt beregnes vha. måling af den ødelagte prøve.

Trækdiagram af et duktilt materiale

Typisk er spændingsdiagrammet afhængigheden af ​​den påførte belastning P af den absolutte forlængelse Δl. Moderne maskiner til mekanisk testning giver dig mulighed for at skrive et diagram i form af spænding σ (σ = P/A 0 , hvor A 0  er det indledende tværsnitsareal) og lineær deformation ε (ε = Δl/l 0 ). Et sådant diagram kaldes det betingede spændingsdiagram, da det ikke tager højde for ændringen i prøvens tværsnitsareal under testen.

Den indledende sektion er lineær (den såkaldte sektion af elastisk deformation). Hookes lov gælder for det :

Derefter begynder området med plastisk deformation. Denne deformation forbliver efter fjernelse af den påførte belastning. Overgangen til plastområdet detekteres ikke kun ved manifestationen af ​​resterende deformationer, men også ved et fald i kurvens hældning med en stigning i graden af ​​deformation. Denne sektion af diagrammet kaldes normalt området (zonen) med generelt udbytte, da plastiske deformationer dannes langs hele prøvens arbejdslængde. For at studere og nøjagtigt analysere deformationsdiagrammet er moderne testmaskiner udstyret med en computeriseret registrering af resultaterne.

Youngs modul beregnes ud fra hældningen af ​​det indledende afsnit af diagrammet. Til blødt stål er der en såkaldt. "flydetand" og derefter vigegrænseområdet. Fænomenet "tanden" af fluiditet er forbundet med dislokationsmekanismen for deformation. I det indledende afsnit er dislokationstætheden utilstrækkelig til at give en højere grad af deformation. Efter at det øvre flydepunkt er nået, begynder intens dannelse af nye dislokationer, hvilket fører til et fald i stress. Yderligere deformation ved flydegrænsen sker uden øget spænding . Afhængigheden af ​​flydestyrken, af kornstørrelsen, d , er udtrykt ved Hall-Petch-relationen :

Efter at have nået slutningen af ​​udbytteplateauet (tøjning i størrelsesordenen 2-2,5%) begynder tøjningshærdningen (hærdningsområdet), synligt i diagrammet som en stigning i spændingen med stigende tøjning. I dette område, indtil den maksimale belastning (stress (σ В ) er nået), forbliver makrodeformation ensartet langs testprøvens længde. Efter at have nået punktet for ultimativ styrke, begynder den såkaldte "hals" at dannes - et område af koncentreret deformation. Placeringen af ​​"halsen" afhænger af ensartetheden af ​​de geometriske dimensioner af prøven og kvaliteten af ​​dens overflade. Som regel er "halsen" og i sidste ende ødelæggelsesstedet placeret i den svageste sektion Desuden er uniaksialiteten af ​​den belastede tilstand (fraværet af forvrængning af prøven i testmaskinen) vigtig. For plastmaterialer ved test for statisk spænding En enakset spændingstilstand varer kun indtil den såkaldte "hals ” dannes (indtil den maksimale belastning er nået og koncentreret deformation begynder).

Afbildningen af ​​tøjningsdiagrammet vist i fig. 1 er typisk for bcc- materialer med en lav initial dislokationstæthed.

For mange materialer, for eksempel med et fcc krystalgitter, såvel som for materialer med en høj initial tæthed af defekter, har diagrammet formen vist i fig. 2. Den største forskel er fraværet af et udtalt udbyttegrænse. Værdien af ​​spænding ved en restdeformation på 0,2 % (σ 0,2 ) er valgt som flydespænding .

Efter at have nået den maksimale belastning falder belastningen (og følgelig spændingen σ) på grund af et lokalt fald i prøvens tværsnitsareal. Det tilsvarende (sidste) afsnit af diagrammet kaldes den lokale udbyttezone, da plastiske deformationer fortsat kun udvikler sig intensivt i nakkeregionen.

Nogle gange bruges et sandt spændingsdiagram, S - e (sand spænding S = P/A, hvor A er det aktuelle prøvetværsnitsareal; sand belastning e = ln(l+Δl/l), hvor l er den aktuelle længde af prøven). I dette tilfælde, efter at have nået den maksimale belastning, er der intet spændingsfald, den sande spænding stiger på grund af et lokalt fald i tværsnittet i prøvens "hals". Derfor observeres forskellen mellem diagrammerne over sande og betingede spændinger først efter den ultimative styrke - op til punkt 1 falder de praktisk talt sammen med hinanden.

Prøver lavet af plastmateriale brækkes langs tværsnittet med et fald i diameter på brudpunktet på grund af dannelsen af ​​en "hals".

Trækstyrkediagram af et sprødt materiale

Trækdiagrammet og det betingede spændingsdiagram af sprøde materialer i udseende ligner diagrammet vist i fig. 2 bortset fra, at der ikke er noget fald i belastningen (stress) indtil fejlpunktet. Derudover får disse materialer ikke så store forlængelser som duktile og nedbrydes meget hurtigere med tiden. I diagrammet over sprøde materialer er der allerede i første afsnit en mærkbar afvigelse fra det lineære forhold mellem belastning og forlængelse (spænding og belastning), således at Hookes lov kan overholdes ret betinget. Da det skøre materiale ikke får plastiske deformationer, bestemmes flydespændingen ikke under testen. Det giver heller ingen særlig mening at beregne den relative indsnævring af prøven, da halsen ikke er dannet, og diameteren efter bruddet praktisk talt ikke adskiller sig fra den originale.

Effekt af tøjningshastighed og temperatur på styrkekarakteristika

Standarder for statisk trækprøvning begrænser generelt belastningshastigheden eller påføringshastigheden af ​​belastningen. Således begrænser ASTM E-8 standarden tøjningshastigheden til 0,03-0,07 mm/min. Denne begrænsning er forårsaget af en forvrængning af resultaterne på grund af en stigning i styrken af ​​metaller med en stigning i tøjningshastigheden (ved en konstant temperatur). Ved tøjningshastigheder op til 1 sek . har tøjningshastigheden praktisk talt ingen effekt på styrkeegenskaberne (især på flydespændingen) (kilde???).

Generelt kan vi udtrykke formlen for virkningen af ​​strain rate på flydestyrken i formen:

hvor  er belastningshastigheden;  er atomfaktoren,  er aktiveringsvolumenet;  - strømningsspænding;  — ekstrapolering af strømningsspænding til nuldeformationshastighed.

Den samme afhængighed giver også flowspændingens afhængighed af temperaturen. Ved lave temperaturer og i fravær af fasetransformationer øges styrken af ​​krystallinske materialer. Et bidrag til stigningen i styrke ydes også af overgangen fra den termisk aktiverede deformationsproces på grund af bevægelsen af ​​dislokationer til deformationsmekanismen ved twinning.

Teststandarder

Litteratur

Se også