ლითონის მასალების მექანიკური თვისებების შეჯამება

სიძლიერის დაჭიმვის ტესტი ძირითადად გამოიყენება გაჭიმვის პროცესის დროს ლითონის მასალების დაზიანების წინააღმდეგობის გაწევის უნარის დასადგენად და წარმოადგენს მასალების მექანიკური თვისებების შეფასების ერთ-ერთ მნიშვნელოვან ინდიკატორს.

1. დაჭიმვის ტესტი

დაჭიმვის ტესტი ეფუძნება მასალის მექანიკის ძირითად პრინციპებს. მასალის ნიმუშზე დაჭიმვის დატვირთვის გამოყენებისას გარკვეულ პირობებში, ეს იწვევს დაჭიმვის დეფორმაციას ნიმუშის გაწყვეტამდე. ტესტის დროს აღირიცხება ექსპერიმენტული ნიმუშის დეფორმაცია სხვადასხვა დატვირთვის ქვეშ და მაქსიმალური დატვირთვა, როდესაც ნიმუში იშლება, რათა გამოვთვალოთ მასალის გამძლეობა, დაჭიმვის სიმტკიცე და სხვა შესრულების მაჩვენებლები.

სტრესი σ = F/A

σ არის დაჭიმვის სიმტკიცე (MPa)

F არის დაჭიმვის დატვირთვა (N)

A არის ნიმუშის კვეთის ფართობი

2. დაჭიმვის მრუდი

გაჭიმვის პროცესის რამდენიმე ეტაპის ანალიზი:

ა. OP საფეხურზე მცირე დატვირთვით, დრეკადობა არის დატვირთვასთან წრფივ კავშირში, ხოლო Fp არის მაქსიმალური დატვირთვა სწორი ხაზის შესანარჩუნებლად.

ბ. მას შემდეგ, რაც დატვირთვა გადააჭარბებს Fp-ს, დაჭიმვის მრუდი იწყებს არაწრფივი ურთიერთობის მიღებას. ნიმუში გადადის საწყის დეფორმაციის ეტაპზე და დატვირთვა იხსნება და ნიმუშს შეუძლია დაუბრუნდეს პირვანდელ მდგომარეობას და ელასტიურად დეფორმირებული იყოს.

გ. მას შემდეგ, რაც დატვირთვა გადააჭარბებს Fe-ს, დატვირთვა იხსნება, დეფორმაციის ნაწილი აღდგება და ნარჩენი დეფორმაციის ნაწილი შენარჩუნებულია, რასაც პლასტიკური დეფორმაცია ეწოდება. Fe ეწოდება დრეკადობის ზღვარს.

დ. როდესაც დატვირთვა კიდევ უფრო იზრდება, დაჭიმვის მრუდი აჩვენებს ხერხს. როდესაც დატვირთვა არ იზრდება ან არ მცირდება, ექსპერიმენტული ნიმუშის უწყვეტი გახანგრძლივების ფენომენს ეწოდება დაქვეითება. დაშვების შემდეგ, ნიმუში იწყებს აშკარა პლასტმასის დეფორმაციას.

ე. დაშვების შემდეგ ნიმუში გვიჩვენებს დეფორმაციის წინააღმდეგობის ზრდას, სამუშაო გამკვრივებას და დეფორმაციის გაძლიერებას. როდესაც დატვირთვა აღწევს Fb-ს, ნიმუშის იგივე ნაწილი მკვეთრად იკუმშება. Fb არის სიძლიერის ზღვარი.

ვ. შეკუმშვის ფენომენი იწვევს ნიმუშის ტარების სიმძლავრის შემცირებას. როდესაც დატვირთვა აღწევს Fk-ს, ნიმუში იშლება. ამას ეწოდება მოტეხილობის დატვირთვა.

მოსავლიანობის სიძლიერე

გამძლეობა არის დაძაბულობის მაქსიმალური მნიშვნელობა, რომელსაც ლითონის მასალა შეუძლია გაუძლოს პლასტიკური დეფორმაციის დაწყებიდან სრულ მოტეხილობამდე, როდესაც ექვემდებარება გარე ძალას. ეს მნიშვნელობა აღნიშნავს კრიტიკულ წერტილს, სადაც მასალა გადადის ელასტიური დეფორმაციის ეტაპიდან პლასტიკური დეფორმაციის ეტაპზე.

კლასიფიკაცია

ზედა მოსავლიანობის სიძლიერე: ეხება ნიმუშის მაქსიმალურ სტრესს, სანამ ძალა პირველად ჩამოვარდება, როდესაც დაშვება მოხდება.

დაბალი მოსავლიანობის სიძლიერე: ეხება მინიმალურ სტრესს მოსავლიანობის ეტაპზე, როდესაც საწყისი გარდამავალი ეფექტი იგნორირებულია. ვინაიდან ქვედა გამოსავლიანი წერტილის მნიშვნელობა შედარებით სტაბილურია, ის ჩვეულებრივ გამოიყენება მასალის წინააღმდეგობის ინდიკატორად, რომელსაც უწოდებენ მოსავლიანობის წერტილს ან გამძლეობას.

გაანგარიშების ფორმულა

ზედა წევის სიძლიერისთვის: R = F / Sₒ, სადაც F არის მაქსიმალური ძალა, სანამ ძალა ჩამოვარდება პირველად დაშვების ეტაპზე, და Sₒ არის ნიმუშის თავდაპირველი კვეთის ფართობი.

დაბალი მოსავლიანობისთვის: R = F / Sₒ, სადაც F არის მინიმალური ძალა F საწყისი გარდამავალი ეფექტის იგნორირება, და Sₒ არის ნიმუშის თავდაპირველი კვეთის ფართობი.

ერთეული

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

მაგალითი

მაგალითად, აიღეთ დაბალი ნახშირბადოვანი ფოლადი, მისი მოსავლიანობის ზღვარი ჩვეულებრივ 207 MPa-ია. ამ ლიმიტზე მეტი გარე ძალის ზემოქმედებისას, დაბალნახშირბადოვანი ფოლადი წარმოქმნის მუდმივ დეფორმაციას და მისი აღდგენა შეუძლებელია; ამ ზღვარზე ნაკლები გარე ძალის ზემოქმედებისას, დაბალნახშირბადოვანი ფოლადი შეიძლება დაუბრუნდეს პირვანდელ მდგომარეობას.

გამძლეობა ლითონის მასალების მექანიკური თვისებების შეფასების ერთ-ერთი მნიშვნელოვანი მაჩვენებელია. ეს ასახავს მასალების უნარს, გაუძლოს პლასტიკური დეფორმაციას, როდესაც ექვემდებარება გარე ძალებს.

დაჭიმვის სიმტკიცე

დაჭიმვის სიმტკიცე არის მასალის უნარი გაუძლოს დაზიანებას ჭიმვის დატვირთვის დროს, რაც კონკრეტულად გამოიხატება როგორც მაქსიმალური დაძაბულობის მნიშვნელობა, რომელსაც მასალას შეუძლია გაუძლოს დაჭიმვის პროცესის დროს. როდესაც მასალაზე დაძაბულობა აღემატება მის დაჭიმვის სიმტკიცეს, მასალა განიცდის პლასტმასის დეფორმაციას ან მოტეხილობას.

გაანგარიშების ფორმულა

დაჭიმვის სიმტკიცის (σt) გაანგარიშების ფორმულა არის:

σt = F / A

სადაც F არის დაჭიმვის მაქსიმალური ძალა (ნიუტონი, N), რომელსაც შეუძლია გაუძლოს ნიმუშს გატეხვამდე, და A არის ნიმუშის თავდაპირველი განივი კვეთის ფართობი (კვადრატული მილიმეტრი, მმ²).

ერთეული

დაჭიმვის სიმტკიცის ერთეული, როგორც წესი, არის MPa (მეგაპასკალი) ან N/mm² (ნიუტონი კვადრატულ მილიმეტრზე). 1 მპა უდრის 1 000 000 ნიუტონს კვადრატულ მეტრზე, რაც ასევე უდრის 1 ნ/მმ²-ს.

გავლენის ფაქტორები

დაჭიმვის სიმტკიცეზე გავლენას ახდენს მრავალი ფაქტორი, მათ შორის ქიმიური შემადგენლობა, მიკროსტრუქტურა, თერმული დამუშავების პროცესი, დამუშავების მეთოდი და ა.შ. მასალები.

პრაქტიკული გამოყენება

დაჭიმვის სიმტკიცე ძალიან მნიშვნელოვანი პარამეტრია მასალების მეცნიერებისა და ინჟინერიის სფეროში და ხშირად გამოიყენება მასალების მექანიკური თვისებების შესაფასებლად. კონსტრუქციული დიზაინის, მასალის შერჩევის, უსაფრთხოების შეფასების და ა.შ., დაჭიმვის სიმტკიცე არის ფაქტორი, რომელიც გასათვალისწინებელია. მაგალითად, სამშენებლო ინჟინერიაში, ფოლადის დაჭიმვის სიმტკიცე მნიშვნელოვანი ფაქტორია იმის დასადგენად, გაუძლებს თუ არა მას დატვირთვას; აერონავტიკის სფეროში, მსუბუქი და მაღალი სიმტკიცის მასალების დაჭიმვის სიმტკიცე არის საჰაერო ხომალდის უსაფრთხოების უზრუნველსაყოფად.

დაღლილობის სიძლიერე:

ლითონის დაღლილობა ეხება პროცესს, რომლის დროსაც მასალები და კომპონენტები თანდათან წარმოქმნიან ადგილობრივ მუდმივ კუმულაციურ ზიანს ერთ ან რამდენიმე ადგილას ციკლური სტრესის ან ციკლური დაძაბვის პირობებში და ბზარები ან უეცარი სრული მოტეხილობები წარმოიქმნება გარკვეული რაოდენობის ციკლების შემდეგ.

მახასიათებლები

მოულოდნელობა დროში: ლითონის დაღლილობის უკმარისობა ხშირად ხდება მოულოდნელად მოკლე დროში აშკარა ნიშნების გარეშე.

მდებარეობა პოზიცია: დაღლილობის უკმარისობა ჩვეულებრივ ხდება ადგილობრივ ადგილებში, სადაც კონცენტრირებულია სტრესი.

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

გავლენის ფაქტორები

სტრესის ამპლიტუდა: სტრესის სიდიდე პირდაპირ გავლენას ახდენს ლითონის დაღლილობის ხანგრძლივობაზე.

სტრესის საშუალო სიდიდე: რაც უფრო დიდია საშუალო დაძაბულობა, მით უფრო მოკლეა ლითონის დაღლილობის სიცოცხლე.

ციკლების რაოდენობა: რაც უფრო მეტია ლითონი ციკლური სტრესის ან დაძაბვის ქვეშ, მით უფრო სერიოზულია დაღლილობის დაზიანების დაგროვება.

პრევენციული ღონისძიებები

მასალების შერჩევის ოპტიმიზაცია: შეარჩიეთ მასალები დაღლილობის მაღალი ლიმიტებით.

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

ზედაპირის დამუშავება: გაპრიალება, შესხურება და ა.შ. ლითონის ზედაპირზე ზედაპირის დეფექტების შესამცირებლად და დაღლილობის სიძლიერის გასაუმჯობესებლად.

ინსპექტირება და მოვლა: რეგულარულად შეამოწმეთ ლითონის კომპონენტები, რათა დროულად აღმოაჩინონ და შეაკეთონ დეფექტები, როგორიცაა ბზარები; შეინარჩუნეთ დაღლილობისკენ მიდრეკილი ნაწილები, როგორიცაა ნახმარი ნაწილების შეცვლა და სუსტი ბმულების გაძლიერება.

ლითონის დაღლილობა არის ლითონის უკმარისობის ჩვეულებრივი რეჟიმი, რომელიც ხასიათდება უეცარობით, ლოკალურობით და გარემოსადმი მგრძნობელობით. სტრესის ამპლიტუდა, სტრესის საშუალო სიდიდე და ციკლების რაოდენობა არის ძირითადი ფაქტორები, რომლებიც გავლენას ახდენენ ლითონის დაღლილობაზე.

SN მრუდი: აღწერს მასალების დაღლილობის სიცოცხლეს სხვადასხვა დაძაბულობის დონეზე, სადაც S წარმოადგენს სტრესს და N წარმოადგენს დაძაბულობის ციკლების რაოდენობას.

დაღლილობის სიძლიერის კოეფიციენტის ფორმულა:

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

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

SN მრუდის მათემატიკური გამოხატულება:

(\sigma^m N = C)

სადაც (\sigma) არის ძაბვა, N არის დაძაბულობის ციკლების რაოდენობა, ხოლო m და C არის მატერიალური მუდმივები.

გაანგარიშების ნაბიჯები

განსაზღვრეთ მატერიალური მუდმივები:

m და C-ის მნიშვნელობების დადგენა ექსპერიმენტებით ან შესაბამისი ლიტერატურის მითითებით.

განსაზღვრეთ სტრესის კონცენტრაციის ფაქტორი: განვიხილოთ ნაწილის რეალური ფორმა და ზომა, აგრეთვე ფილეებით გამოწვეული სტრესის კონცენტრაცია, სტრესის კონცენტრაციის ფაქტორის დასადგენად K. გამოთვალეთ დაღლილობის სიძლიერე: SN მრუდისა და სტრესის მიხედვით. კონცენტრაციის ფაქტორი, შერწყმული დიზაინის ხანგრძლივობასთან და ნაწილის სამუშაო სტრესის დონესთან, გამოთვლის დაღლილობის სიძლიერეს.

2. პლასტიურობა:

პლასტიურობა გულისხმობს მასალის თვისებას, რომელიც გარე ძალის ზემოქმედებისას წარმოქმნის მუდმივ დეფორმაციას რღვევის გარეშე, როდესაც გარე ძალა აჭარბებს მის ელასტიურ ზღვარს. ეს დეფორმაცია შეუქცევადია და მასალა არ უბრუნდება პირვანდელ ფორმას გარე ძალის მოხსნის შემთხვევაშიც კი.

პლასტიურობის ინდექსი და მისი გამოთვლის ფორმულა

დრეკადობა (δ)

განმარტება: დრეკადობა არის ლიანდაგის მონაკვეთის მთლიანი დეფორმაციის პროცენტული მაჩვენებელი მას შემდეგ, რაც ნიმუში დაჭიმულია ლიანდაგის საწყის სიგრძემდე.

ფორმულა: δ = (L1 – L0) / L0 × 100%

სადაც L0 არის ნიმუშის ორიგინალური ლიანდაგის სიგრძე;

L1 არის ლიანდაგის სიგრძე ნიმუშის გატეხვის შემდეგ.

სეგმენტური შემცირება (Ψ)

განმარტება: სეგმენტური შემცირება არის ჯვარედინი კვეთის ფართობის მაქსიმალური შემცირების პროცენტი ყელის წერტილში ნიმუშის თავდაპირველ განივი კვეთის ფართობამდე გატეხვის შემდეგ.

ფორმულა: Ψ = (F0 – F1) / F0 × 100%

სადაც F0 არის ნიმუშის თავდაპირველი განივი ფართობი;

F1 არის კვეთის არე კისრის წერტილში ნიმუშის გატეხვის შემდეგ.

3. სიხისტე

ლითონის სიმტკიცე არის მექანიკური თვისების ინდექსი ლითონის მასალების სიხისტის გასაზომად. ეს მიუთითებს ლითონის ზედაპირზე ადგილობრივი მოცულობის დეფორმაციის წინააღმდეგობის გაწევის უნარზე.

ლითონის სიხისტის კლასიფიკაცია და წარმოდგენა

ლითონის სიხისტე აქვს სხვადასხვა კლასიფიკაციისა და წარმოდგენის მეთოდები სხვადასხვა ტესტის მეთოდების მიხედვით. ძირითადად მოიცავს შემდეგს:

ბრინელის სიმტკიცე (HB):

გამოყენების ფარგლები: ჩვეულებრივ გამოიყენება, როდესაც მასალა უფრო რბილია, როგორიცაა ფერადი ლითონები, ფოლადი თერმული დამუშავების წინ ან დამუშავების შემდეგ.

ტესტის პრინციპი: ტესტის დატვირთვის გარკვეული ზომით, გარკვეული დიამეტრის გამაგრებული ფოლადის ბურთი ან კარბიდის ბურთი დაჭერით შესამოწმებელი ლითონის ზედაპირზე და დატვირთვა განიტვირთება განსაზღვრული დროისა და ჩაღრმავების დიამეტრის შემდეგ. შესამოწმებელ ზედაპირზე იზომება.

გამოთვლის ფორმულა: ბრინელის სიხისტის მნიშვნელობა არის კოეფიციენტი, რომელიც მიიღება დატვირთვის გაყოფით შეწევის სფერულ ზედაპირის ფართობზე.

როკველის სიმტკიცე (HR):

გამოყენების სფერო: ჩვეულებრივ გამოიყენება უფრო მაღალი სიხისტის მქონე მასალებისთვის, როგორიცაა სიხისტე თერმული დამუშავების შემდეგ.

ტესტის პრინციპი: ბრინელის სიხისტის მსგავსი, მაგრამ სხვადასხვა ზონდების (ბრილიანტის) და სხვადასხვა გაანგარიშების მეთოდების გამოყენებით.

ტიპები: აპლიკაციიდან გამომდინარე, არსებობს HRC (მაღალი სიხისტის მასალებისთვის), HRA, HRB და სხვა ტიპები.

ვიკერსის სიმტკიცე (HV):

გამოყენების სფერო: გამოდგება მიკროსკოპული ანალიზისთვის.

ტესტის პრინციპი: დაჭერით მასალის ზედაპირი 120 კგ-ზე ნაკლები დატვირთვით და ბრილიანტის კვადრატული კონუსის ჩაღრმავება წვერის კუთხით 136° და გაყავით მასალის ჩაღრმავებული ორმოს ზედაპირის ფართობი დატვირთვის მნიშვნელობაზე, რომ მიიღოთ ვიკერსის სიხისტის მნიშვნელობა.

Leeb სიმტკიცე (HL):

მახასიათებლები: პორტატული სიხისტის ტესტერი, მარტივი გაზომვა.

ტესტის პრინციპი: გამოიყენეთ დარტყმის ბურთის მიერ წარმოქმნილი გადახტომა სიხისტის ზედაპირზე ზემოქმედების შემდეგ და გამოთვალეთ სიხისტე დარტყმის მობრუნების სიჩქარის თანაფარდობით 1 მმ-ზე ნიმუშის ზედაპირიდან დარტყმის სიჩქარესთან.