ლითონის მასალების მექანიკური თვისებების შეჯამება

სიმტკიცის ტესტი დაჭიმვაზე ძირითადად გამოიყენება ლითონის მასალების გაჭიმვის პროცესში დაზიანებისადმი წინააღმდეგობის უნარის დასადგენად და მასალების მექანიკური თვისებების შეფასების ერთ-ერთი მნიშვნელოვანი ინდიკატორია.

1. დაჭიმვის ტესტი

დაჭიმვის ტესტი ეფუძნება მასალის მექანიკის ძირითად პრინციპებს. გარკვეულ პირობებში მასალის ნიმუშზე დაჭიმვის დატვირთვის გამოყენებით, ის იწვევს დაჭიმვის დეფორმაციას ნიმუშის გატეხვამდე. ტესტის დროს აღირიცხება ექსპერიმენტული ნიმუშის დეფორმაცია სხვადასხვა დატვირთვის ქვეშ და მაქსიმალური დატვირთვა ნიმუშის გატეხვის დროს, რათა გამოითვალოს დენადობის ზღვარი, დაჭიმვის სიმტკიცე და მასალის სხვა მახასიათებლების მაჩვენებლები.

სტრესი σ = F/A

σ არის დაჭიმვის სიმტკიცე (MPa)

F არის დაჭიმვის დატვირთვა (N)

A არის ნიმუშის განივი კვეთის ფართობი

2. დაჭიმვის მრუდი

გაჭიმვის პროცესის რამდენიმე ეტაპის ანალიზი:

ა. მცირე დატვირთვის მქონე OP სტადიაზე წაგრძელება დატვირთვასთან წრფივ კავშირშია და Fp არის მაქსიმალური დატვირთვა სწორი ხაზის შესანარჩუნებლად.

ბ. მას შემდეგ, რაც დატვირთვა Fp-ს გადააჭარბებს, დაჭიმვის მრუდი იწყებს არაწრფივი დამოკიდებულების მიღებას. ნიმუში შედის საწყის დეფორმაციის ეტაპზე, დატვირთვა იხსნება და ნიმუშს შეუძლია დაუბრუნდეს საწყის მდგომარეობას და ელასტიურად დეფორმირდეს.

გ. მას შემდეგ, რაც დატვირთვა გადააჭარბებს Fe-ს, დატვირთვა მოიხსნება, დეფორმაციის ნაწილი აღდგება და ნარჩენი დეფორმაციის ნაწილი შენარჩუნებულია, რასაც პლასტიკური დეფორმაცია ეწოდება. Fe-ს ელასტიურობის ზღვარი ეწოდება.

დ. როდესაც დატვირთვა კიდევ უფრო იზრდება, დაჭიმვის მრუდი ხერხისებრ კბილანას აჩვენებს. როდესაც დატვირთვა არც იზრდება და არც მცირდება, ექსპერიმენტული ნიმუშის უწყვეტი წაგრძელების ფენომენს დენადობა ეწოდება. დენადობის შემდეგ, ნიმუში იწყებს აშკარა პლასტიკური დეფორმაციის გავლას.

ე. დენადობის შემდეგ, ნიმუში ავლენს დეფორმაციისადმი წინააღმდეგობის, სამუშაოთი გამკვრივების და დეფორმაციისადმი გაძლიერების ზრდას. როდესაც დატვირთვა Fb-ს აღწევს, ნიმუშის იგივე ნაწილი მკვეთრად იკუმშება. Fb არის სიმტკიცის ზღვარი.

ვ. შეკუმშვის ფენომენი იწვევს ნიმუშის მზიდუნარიანობის შემცირებას. როდესაც დატვირთვა Fk-ს აღწევს, ნიმუში ტყდება. ამას მოტეხილობის დატვირთვა ეწოდება.

მოსავლიანობის ზღვარი

დენადობის ზღვარი არის მაქსიმალური დაძაბულობის მნიშვნელობა, რომელსაც ლითონის მასალა უძლებს პლასტიკური დეფორმაციის დასაწყისიდან სრულ მსხვრევამდე გარე ძალის ზემოქმედებისას. ეს მნიშვნელობა აღნიშნავს კრიტიკულ წერტილს, სადაც მასალა ელასტიური დეფორმაციის ეტაპიდან პლასტიკური დეფორმაციის ეტაპზე გადადის.

კლასიფიკაცია

ზედა დენადობის ზღვარი: გულისხმობს ნიმუშის მაქსიმალურ დაძაბულობას ძალის პირველად შემცირებამდე, დენადობის დროს.

ქვედა დენადობის ზღვარი: გულისხმობს დენადობის საფეხურზე მინიმალურ დაძაბულობას, როდესაც საწყისი გარდამავალი ეფექტი იგნორირებულია. ვინაიდან ქვედა დენადობის ზღვრის მნიშვნელობა შედარებით სტაბილურია, ის ჩვეულებრივ გამოიყენება მასალის წინააღმდეგობის ინდიკატორად, რომელსაც დენადობის ზღვარი ან დენადობის ზღვარი ეწოდება.

გაანგარიშების ფორმულა

ზედა დენადობის ზღვარისთვის: R = F / Sₒ, სადაც F არის მაქსიმალური ძალა დენადობის ეტაპზე ძალის პირველად შემცირებამდე, ხოლო Sₒ არის ნიმუშის საწყისი განივი კვეთის ფართობი.

უფრო დაბალი დენადობის ზღვარისთვის: R = F / Sₒ, სადაც F არის მინიმალური ძალა F, რომელიც უგულებელყოფს საწყის გარდამავალ ეფექტს, ხოლო Sₒ არის ნიმუშის საწყისი განივი კვეთის ფართობი.

ერთეული

დენადობის ზღვრის ერთეული, როგორც წესი, არის MPa (მეგაპასკალი) ან N/mm² (ნიუტონი კვადრატულ მილიმეტრზე).

მაგალითი

მაგალითად, ავიღოთ დაბალნახშირბადიანი ფოლადი, რომლის დენადობის ზღვარი, როგორც წესი, 207 მპა-ია. ამ ზღვარზე მეტი გარე ძალის ზემოქმედებისას დაბალნახშირბადიანი ფოლადი გამოიწვევს მუდმივ დეფორმაციას და მისი აღდგენა შეუძლებელია; ამ ზღვარზე ნაკლები გარე ძალის ზემოქმედებისას დაბალნახშირბადიან ფოლადს შეუძლია დაუბრუნდეს თავის საწყის მდგომარეობას.

დენადობის ზღვარი ლითონის მასალების მექანიკური თვისებების შეფასების ერთ-ერთი მნიშვნელოვანი მაჩვენებელია. ის ასახავს მასალების უნარს, გაუძლოს პლასტიკურ დეფორმაციას გარე ძალების ზემოქმედებისას.

დაჭიმვის სიმტკიცე

დაჭიმვის სიმტკიცე არის მასალის უნარი, გაუძლოს დაზიანებას დაჭიმვის დატვირთვის ქვეშ, რაც კონკრეტულად გამოიხატება, როგორც მაქსიმალური დაძაბულობის მნიშვნელობა, რომელსაც მასალა უძლებს დაჭიმვის პროცესის დროს. როდესაც მასალაზე დაჭიმვის ძაბვა აღემატება მის დაჭიმვის სიმტკიცეს, მასალა განიცდის პლასტიკურ დეფორმაციას ან მოტეხვას.

გაანგარიშების ფორმულა

დაჭიმვის სიმტკიცის (σt) გაანგარიშების ფორმულაა:

σt = F / A

სადაც F არის მაქსიმალური დაჭიმვის ძალა (ნიუტონი, N), რომლის ატანაც ნიმუშს შეუძლია გატეხვამდე, ხოლო A არის ნიმუშის საწყისი განივი კვეთის ფართობი (კვადრატული მილიმეტრი, მმ²).

ერთეული

დაჭიმვის სიმტკიცის ერთეული, როგორც წესი, არის MPa (მეგაპასკალი) ან N/მმ² (ნიუტონი კვადრატულ მილიმეტრზე). 1 მპა უდრის 1,000,000 ნიუტონს კვადრატულ მეტრზე, რაც ასევე უდრის 1 N/მმ²-ს.

გავლენის ფაქტორები

დაჭიმვის სიმტკიცეზე გავლენას ახდენს მრავალი ფაქტორი, მათ შორის ქიმიური შემადგენლობა, მიკროსტრუქტურა, თერმული დამუშავების პროცესი, დამუშავების მეთოდი და ა.შ. სხვადასხვა მასალას განსხვავებული დაჭიმვის სიმტკიცე აქვს, ამიტომ პრაქტიკულ გამოყენებაში აუცილებელია შესაფერისი მასალების შერჩევა მასალების მექანიკური თვისებების საფუძველზე.

პრაქტიკული გამოყენება

დაჭიმვის სიმტკიცე მასალათმცოდნეობისა და ინჟინერიის სფეროში ძალიან მნიშვნელოვანი პარამეტრია და ხშირად გამოიყენება მასალების მექანიკური თვისებების შესაფასებლად. სტრუქტურული დიზაინის, მასალის შერჩევის, უსაფრთხოების შეფასების და ა.შ. თვალსაზრისით, დაჭიმვის სიმტკიცე გასათვალისწინებელი ფაქტორია. მაგალითად, სამშენებლო ინჟინერიაში, ფოლადის დაჭიმვის სიმტკიცე მნიშვნელოვანი ფაქტორია იმის დასადგენად, შეუძლია თუ არა მას დატვირთვების გაძლება; აერონავტიკის სფეროში, მსუბუქი და მაღალი სიმტკიცის მასალების დაჭიმვის სიმტკიცე თვითმფრინავების უსაფრთხოების უზრუნველყოფის გასაღებია.

დაღლილობის სიძლიერე:

ლითონის დაღლილობა გულისხმობს პროცესს, რომლის დროსაც მასალები და კომპონენტები ციკლური სტრესის ან დეფორმაციის ქვეშ თანდათანობით წარმოქმნიან ადგილობრივ მუდმივ კუმულაციურ დაზიანებას ერთ ან რამდენიმე ადგილას, ხოლო გარკვეული რაოდენობის ციკლების შემდეგ წარმოიქმნება ბზარები ან უეცარი სრული მოტეხილობა.

მახასიათებლები

დროთა განმავლობაში მოულოდნელობა: ლითონის დაღლილობის შედეგად გამოწვეული ნგრევა ხშირად მოულოდნელად, მოკლე დროში, აშკარა ნიშნების გარეშე ხდება.

ლოკალიზაცია პოზიციაში: დაღლილობის უკმარისობა, როგორც წესი, ხდება ლოკალურ ადგილებში, სადაც სტრესია კონცენტრირებული.

გარემოს მიმართ მგრძნობელობა და დეფექტები: ლითონის დაღლილობა ძალიან მგრძნობიარეა გარემოს და მასალის შიგნით არსებული მცირე დეფექტების მიმართ, რამაც შეიძლება დააჩქაროს დაღლილობის პროცესი.

გავლენის ფაქტორები

დაძაბულობის ამპლიტუდა: დაძაბულობის სიდიდე პირდაპირ გავლენას ახდენს ლითონის დაღლილობის გამძლეობაზე.

საშუალო დაძაბულობის სიდიდე: რაც უფრო დიდია საშუალო დაძაბულობა, მით უფრო მოკლეა ლითონის დაღლილობისადმი სიცოცხლის ხანგრძლივობა.

ციკლების რაოდენობა: რაც უფრო მეტჯერ არის ლითონი ციკლური სტრესის ან დეფორმაციის ქვეშ, მით უფრო სერიოზულია დაღლილობის შედეგად გამოწვეული დაზიანების დაგროვება.

პრევენციული ზომები

მასალის შერჩევის ოპტიმიზაცია: შეარჩიეთ მასალები დაღლილობის უფრო მაღალი ზღვრებით.

სტრესის კონცენტრაციის შემცირება: სტრესის კონცენტრაციის შემცირება სტრუქტურული დიზაინის ან დამუშავების მეთოდების გამოყენებით, როგორიცაა მომრგვალებული კუთხის გადასვლების გამოყენება, განივი კვეთის ზომების გაზრდა და ა.შ.

ზედაპირის დამუშავება: ლითონის ზედაპირზე გაპრიალება, შესხურება და ა.შ. ზედაპირული დეფექტების შესამცირებლად და დაღლილობისადმი სიმტკიცის გასაუმჯობესებლად.

შემოწმება და მოვლა: რეგულარულად შეამოწმეთ ლითონის კომპონენტები დეფექტების, მაგალითად, ბზარების, დროულად აღმოსაჩენად და შესაკეთებლად; მოუარეთ დაღლილობისკენ მიდრეკილ ნაწილებს, მაგალითად, ცვეთილი ნაწილების შეცვლას და სუსტი რგოლების გამაგრებას.

ლითონის დაღლილობა ლითონის რღვევის გავრცელებული რეჟიმია, რომელიც ხასიათდება მოულოდნელობით, ლოკალიზაციით და გარემოს მიმართ მგრძნობელობით. დაძაბულობის ამპლიტუდა, დაძაბულობის საშუალო სიდიდე და ციკლების რაოდენობა ლითონის დაღლილობაზე მოქმედი ძირითადი ფაქტორებია.

SN მრუდი: აღწერს მასალების დაღლილობის ხანგრძლივობას სხვადასხვა სტრესის დონის ქვეშ, სადაც S წარმოადგენს სტრესს, ხოლო N წარმოადგენს სტრესის ციკლების რაოდენობას.

დაღლილობის სიმტკიცის კოეფიციენტის ფორმულა:

(Kf = Ka \cdot Kb \cdot Kc \cdot Kd \cdot Ke)

სადაც (Ka) არის დატვირთვის კოეფიციენტი, (Kb) არის ზომის კოეფიციენტი, (Kc) არის ტემპერატურის კოეფიციენტი, (Kd) არის ზედაპირის ხარისხის კოეფიციენტი და (Ke) არის საიმედოობის კოეფიციენტი.

SN მრუდის მათემატიკური გამოსახულება:

(\sigma^m N = C)

სადაც (\sigma) არის სტრესი, N არის სტრესის ციკლების რაოდენობა, ხოლო m და C არის მასალის მუდმივები.

გაანგარიშების ნაბიჯები

განსაზღვრეთ მატერიალური მუდმივები:

m და C-ის მნიშვნელობები განსაზღვრეთ ექსპერიმენტების საშუალებით ან შესაბამისი ლიტერატურის გამოყენებით.

განსაზღვრეთ დაძაბულობის კონცენტრაციის კოეფიციენტი: დაძაბულობის კონცენტრაციის კოეფიციენტის K დასადგენად გაითვალისწინეთ ნაწილის ფაქტობრივი ფორმა და ზომა, ასევე ფილეებით, საკვანძო ღილებით და ა.შ. გამოწვეული დაძაბულობის კონცენტრაცია. გამოთვალეთ დაღლილობის სიმტკიცე: SN მრუდისა და დაძაბულობის კონცენტრაციის კოეფიციენტის, ნაწილის საპროექტო სიცოცხლის ხანგრძლივობასთან და სამუშაო დაძაბულობის დონესთან ერთად, გამოთვალეთ დაღლილობის სიმტკიცე.

2. პლასტიურობა:

პლასტიურობა გულისხმობს მასალის თვისებას, რომელიც გარე ძალის ზემოქმედებისას იწვევს მუდმივ დეფორმაციას დაზიანების გარეშე, როდესაც გარე ძალა აღემატება მის ელასტიურობის ზღვარს. ეს დეფორმაცია შეუქცევადია და მასალა არ დაუბრუნდება თავდაპირველ ფორმას, მაშინაც კი, თუ გარე ძალა მოიხსნება.

პლასტიურობის ინდექსი და მისი გაანგარიშების ფორმულა

წაგრძელება (δ)

განმარტება: წაგრძელება არის ნიმუშის საწყის სიგრძემდე დაჭიმვით დაშლის შემდეგ გაჭიმვის მეთოდით გაჭიმვის შედეგად მიღებული მონაკვეთის სრული დეფორმაციის პროცენტული მაჩვენებელი.

ფორმულა: δ = (L1 – L0) / L0 × 100%

სადაც L0 არის ნიმუშის საწყისი ლიანდაგის სიგრძე;

L1 არის საზომი სიგრძე ნიმუშის გატეხვის შემდეგ.

სეგმენტური შემცირება (Ψ)

განმარტება: სეგმენტური შემცირება არის განივი კვეთის ფართობის მაქსიმალური შემცირების პროცენტული მაჩვენებელი კისრის წერტილში ნიმუშის საწყის განივი კვეთის ფართობამდე დაშლის შემდეგ.

ფორმულა: Ψ = (F0 – F1) / F0 × 100%

სადაც F0 არის ნიმუშის საწყისი განივი კვეთის ფართობი;

F1 არის განივი კვეთის ფართობი კისრის წერტილში ნიმუშის გატეხვის შემდეგ.

3. სიმტკიცე

ლითონის სიმტკიცე არის ლითონის მასალების სიმტკიცის გაზომვის მექანიკური თვისებების ინდექსი. ის მიუთითებს ლითონის ზედაპირზე ლოკალური მოცულობის დეფორმაციისადმი წინააღმდეგობის უნარზე.

ლითონის სიმტკიცის კლასიფიკაცია და წარმოდგენა

ლითონის სიმტკიცეს აქვს კლასიფიკაციისა და წარმოდგენის მრავალფეროვანი მეთოდები სხვადასხვა ტესტირების მეთოდების მიხედვით. ძირითადად მოიცავს შემდეგს:

ბრინელის სიმტკიცე (HB):

გამოყენების სფერო: ზოგადად გამოიყენება, როდესაც მასალა უფრო რბილია, როგორიცაა ფერადი ლითონები, ფოლადი თერმული დამუშავებამდე ან გახურების შემდეგ.

ტესტის პრინციპი: გარკვეული ზომის სატესტო დატვირთვისას, გარკვეული დიამეტრის გამაგრებული ფოლადის ბურთი ან კარბიდის ბურთი დაპრესილია შესამოწმებელი ლითონის ზედაპირზე, დატვირთვა იხსნება განსაზღვრული დროის შემდეგ და იზომება შესამოწმებელ ზედაპირზე ჩაღრმავების დიამეტრი.

გაანგარიშების ფორმულა: ბრინელის სიმტკიცის მნიშვნელობა არის კოეფიციენტი, რომელიც მიიღება დატვირთვის ჩაღრმავების სფერული ზედაპირის ფართობზე გაყოფით.

როკველის სიმტკიცე (HR):

გამოყენების სფერო: ზოგადად გამოიყენება უფრო მაღალი სიმტკიცის მქონე მასალებისთვის, როგორიცაა სიმტკიცე თერმული დამუშავების შემდეგ.

ტესტის პრინციპი: ბრინელის სიმტკიცის მსგავსი, მაგრამ სხვადასხვა ზონდის (ალმასის) და გამოთვლის სხვადასხვა მეთოდის გამოყენებით.

ტიპები: გამოყენების მიხედვით, არსებობს HRC (მაღალი სიმტკიცის მასალებისთვის), HRA, HRB და სხვა ტიპები.

ვიკერსის სიმტკიცე (HV):

გამოყენების სფერო: გამოდგება მიკროსკოპით ანალიზისთვის.

ტესტირების პრინციპი: მასალის ზედაპირზე დაჭერით 120 კგ-ზე ნაკლები დატვირთვით და 136°-იანი წვეროს კუთხით ალმასის კვადრატული კონუსისებრი ჩაღრმავება, ვიკერსის სიმტკიცის მნიშვნელობის მისაღებად მასალის ჩაღრმავების ორმოს ზედაპირის ფართობი გაყავით დატვირთვის მნიშვნელობაზე.

ლიბის სიმტკიცე (HL):

მახასიათებლები: პორტატული სიხისტის ტესტერი, ადვილად გასაზომი.

ტესტის პრინციპი: გამოიყენეთ დარტყმითი ბურთის თავის მიერ სიმტკიცის ზედაპირზე შეჯახების შემდეგ წარმოქმნილი რხევა და გამოთვალეთ სიმტკიცე ნიმუშის ზედაპირიდან 1 მმ-ის დაშორებით მდებარე სახრახნისის უკუქცევის სიჩქარისა და დარტყმის სიჩქარის თანაფარდობით.