La prova di resistenza alla trazione viene utilizzata principalmente per determinare la capacità dei materiali metallici di resistere ai danni durante il processo di allungamento ed è uno degli indicatori importanti per valutare le proprietà meccaniche dei materiali.
1. Prova di trazione
La prova di trazione si basa sui principi base della meccanica dei materiali. Applicando un carico di trazione al campione di materiale in determinate condizioni, si provoca una deformazione da trazione fino alla rottura del campione. Durante la prova, vengono registrate la deformazione del campione sperimentale sotto carichi diversi e il carico massimo quando il campione si rompe, in modo da calcolare la resistenza allo snervamento, la resistenza alla trazione e altri indicatori di prestazione del materiale.
Sollecitazione σ = F/A
σ è la resistenza alla trazione (MPa)
F è il carico di trazione (N)
A è l'area della sezione trasversale del campione
2. Curva di trazione
Analisi delle diverse fasi del processo di stiro:
UN. Nella fase OP con un carico ridotto, l'allungamento è in relazione lineare con il carico e Fp è il carico massimo per mantenere la linea retta.
B. Dopo che il carico supera Fp, la curva di trazione inizia ad assumere una relazione non lineare. Il campione entra nella fase di deformazione iniziale e il carico viene rimosso e il campione può tornare al suo stato originale e deformarsi elasticamente.
C. Dopo che il carico supera Fe, il carico viene rimosso, parte della deformazione viene ripristinata e parte della deformazione residua viene trattenuta, fenomeno chiamato deformazione plastica. Fe è chiamato limite elastico.
D. Quando il carico aumenta ulteriormente, la curva di trazione mostra un dente di sega. Quando il carico non aumenta né diminuisce, il fenomeno dell'allungamento continuo del campione sperimentale viene chiamato cedimento. Dopo lo cedimento, il campione comincia a subire evidenti deformazioni plastiche.
e. Dopo lo snervamento, il campione mostra un aumento della resistenza alla deformazione, dell'incrudimento e del rinforzo alla deformazione. Quando il carico raggiunge Fb, la stessa parte del campione si restringe bruscamente. Facebook è il limite di forza.
F. Il fenomeno del ritiro porta ad una diminuzione della capacità portante del campione. Quando il carico raggiunge Fk il campione si rompe. Questo è chiamato carico di frattura.
Forza di snervamento
Il carico di snervamento è il valore massimo di sollecitazione che un materiale metallico può sopportare dall'inizio della deformazione plastica fino alla rottura completa quando sottoposto a forza esterna. Questo valore segna il punto critico in cui il materiale passa dalla fase di deformazione elastica alla fase di deformazione plastica.
Classificazione
Carico di snervamento superiore: si riferisce alla sollecitazione massima del campione prima che la forza diminuisca per la prima volta quando si verifica lo snervamento.
Limite di snervamento inferiore: si riferisce allo stress minimo nella fase di snervamento quando l'effetto transitorio iniziale viene ignorato. Poiché il valore del punto di snervamento inferiore è relativamente stabile, viene solitamente utilizzato come indicatore della resistenza del materiale, chiamato punto di snervamento o limite di snervamento.
Formula di calcolo
Per limite di snervamento superiore: R = F / Sₒ, dove F è la forza massima prima che la forza diminuisca per la prima volta nella fase di snervamento, e Sₒ è l'area della sezione trasversale originale del campione.
Per limite di snervamento inferiore: R = F / Sₒ, dove F è la forza minima F ignorando l'effetto transitorio iniziale, e Sₒ è l'area della sezione trasversale originale del campione.
Unità
L'unità di snervamento è solitamente MPa (megapascal) o N/mm² (Newton per millimetro quadrato).
Esempio
Prendiamo come esempio l'acciaio a basso tenore di carbonio, il suo limite di snervamento è solitamente di 207 MPa. Se sottoposto a una forza esterna superiore a questo limite, l'acciaio a basso tenore di carbonio produrrà una deformazione permanente e non potrà essere ripristinato; quando sottoposto a una forza esterna inferiore a questo limite, l'acciaio a basso tenore di carbonio può tornare al suo stato originale.
La resistenza allo snervamento è uno degli indicatori importanti per valutare le proprietà meccaniche dei materiali metallici. Riflette la capacità dei materiali di resistere alla deformazione plastica quando sottoposti a forze esterne.
Resistenza alla trazione
La resistenza alla trazione è la capacità di un materiale di resistere ai danni sotto carico di trazione, che è specificamente espresso come il valore massimo di sollecitazione che il materiale può sopportare durante il processo di trazione. Quando la sollecitazione a trazione sul materiale supera la sua resistenza a trazione, il materiale subirà una deformazione plastica o una frattura.
Formula di calcolo
La formula di calcolo per la resistenza a trazione (σt) è:
σt = F/A
Dove F è la forza di trazione massima (Newton, N) che il provino può sopportare prima di rompersi, e A è l'area della sezione trasversale originale del provino (millimetro quadrato, mm²).
Unità
L'unità di resistenza alla trazione è solitamente MPa (megapascal) o N/mm² (Newton per millimetro quadrato). 1 MPa equivale a 1.000.000 Newton per metro quadrato, che equivale anche a 1 N/mm².
Fattori influenzanti
La resistenza alla trazione è influenzata da molti fattori, tra cui la composizione chimica, la microstruttura, il processo di trattamento termico, il metodo di lavorazione, ecc. Materiali diversi hanno resistenze alla trazione diverse, quindi nelle applicazioni pratiche è necessario selezionare materiali adatti in base alle proprietà meccaniche del materiali.
Applicazione pratica
La resistenza alla trazione è un parametro molto importante nel campo della scienza e dell'ingegneria dei materiali e viene spesso utilizzato per valutare le proprietà meccaniche dei materiali. In termini di progettazione strutturale, selezione dei materiali, valutazione della sicurezza, ecc., la resistenza alla trazione è un fattore che deve essere considerato. Ad esempio, nell'ingegneria delle costruzioni, la resistenza alla trazione dell'acciaio è un fattore importante per determinare se può sopportare i carichi; nel campo aerospaziale, la resistenza alla trazione dei materiali leggeri e ad alta resistenza è la chiave per garantire la sicurezza degli aerei.
Resistenza alla fatica:
La fatica del metallo si riferisce al processo in cui materiali e componenti producono gradualmente danni cumulativi permanenti locali in uno o più punti sotto stress ciclico o deformazione ciclica e si verificano crepe o fratture improvvise complete dopo un certo numero di cicli.
Caratteristiche
Improvvisa nel tempo: la rottura per fatica del metallo spesso si verifica improvvisamente in un breve periodo di tempo senza segni evidenti.
Località in posizione: il cedimento per fatica solitamente si verifica in aree locali in cui si concentra lo stress.
Sensibilità all'ambiente e ai difetti: la fatica del metallo è molto sensibile all'ambiente e ai piccoli difetti all'interno del materiale, che possono accelerare il processo di fatica.
Fattori influenzanti
Ampiezza dello stress: l'entità dello stress influisce direttamente sulla durata a fatica del metallo.
Entità media della sollecitazione: maggiore è la sollecitazione media, minore è la vita a fatica del metallo.
Numero di cicli: più volte il metallo è sottoposto a sollecitazioni o deformazioni cicliche, più grave è l'accumulo di danni da fatica.
Misure preventive
Ottimizza la selezione dei materiali: seleziona materiali con limiti di fatica più elevati.
Riduzione della concentrazione delle sollecitazioni: ridurre la concentrazione delle sollecitazioni attraverso la progettazione strutturale o metodi di lavorazione, come l'utilizzo di transizioni con angoli arrotondati, l'aumento delle dimensioni della sezione trasversale, ecc.
Trattamento superficiale: lucidatura, spruzzatura, ecc. sulla superficie metallica per ridurre i difetti superficiali e migliorare la resistenza alla fatica.
Ispezione e manutenzione: ispezionare regolarmente i componenti metallici per rilevare e riparare tempestivamente difetti come crepe; mantenere le parti soggette a fatica, ad esempio sostituendo le parti usurate e rinforzando gli anelli deboli.
La fatica del metallo è una modalità comune di rottura del metallo, caratterizzata da improvvisa, località e sensibilità all'ambiente. L'ampiezza dello stress, l'entità media dello stress e il numero di cicli sono i principali fattori che influenzano la fatica del metallo.
Curva SN: descrive la vita a fatica dei materiali sottoposti a diversi livelli di sollecitazione, dove S rappresenta la sollecitazione e N rappresenta il numero di cicli di sollecitazione.
Formula del coefficiente di resistenza alla fatica:
(Kf = Ka \cdot Kb \cdot Kc \cdot Kd \cdot Ke)
Dove (Ka) è il fattore di carico, (Kb) è il fattore dimensionale, (Kc) è il fattore di temperatura, (Kd) è il fattore di qualità della superficie e (Ke) è il fattore di affidabilità.
Espressione matematica della curva SN:
(\sigma^m N = C)
Dove (\sigma) è lo stress, N è il numero di cicli di stress e m e C sono costanti del materiale.
Passaggi di calcolo
Determinare le costanti del materiale:
Determinare i valori di m e C attraverso esperimenti o facendo riferimento alla letteratura pertinente.
Determinare il fattore di concentrazione delle sollecitazioni: considerare la forma e le dimensioni effettive della parte, nonché la concentrazione delle sollecitazioni causate da raccordi, sedi per chiavetta, ecc., per determinare il fattore di concentrazione delle sollecitazioni K. Calcolare la resistenza alla fatica: in base alla curva SN e alla sollecitazione il fattore di concentrazione, combinato con la durata di progetto e il livello di stress lavorativo della parte, calcola la resistenza alla fatica.
2. Plasticità:
La plasticità si riferisce alla proprietà di un materiale che, sottoposto a una forza esterna, produce una deformazione permanente senza rompersi quando la forza esterna supera il suo limite elastico. Questa deformazione è irreversibile e il materiale non tornerà alla sua forma originale anche se la forza esterna viene rimossa.
Indice di plasticità e sua formula di calcolo
Allungamento (δ)
Definizione: l'allungamento è la percentuale della deformazione totale della sezione di riferimento dopo che il provino è stato fratturato per trazione fino alla lunghezza di riferimento originale.
Formula: δ = (L1 – L0) / L0 × 100%
Dove L0 è la lunghezza di riferimento originale del provino;
L1 è la lunghezza utile dopo la rottura del provino.
Riduzione segmentale (Ψ)
Definizione: la riduzione segmentale è la percentuale della riduzione massima dell'area della sezione trasversale nel punto di strizione dopo che il provino è stato rotto nell'area della sezione trasversale originale.
Formula: Ψ = (F0 – F1) / F0 × 100%
Dove F0 è l'area della sezione trasversale originale del provino;
F1 è l'area della sezione trasversale nel punto di strizione dopo la rottura del provino.
3. Durezza
La durezza del metallo è un indice di proprietà meccaniche per misurare la durezza dei materiali metallici. Indica la capacità di resistere alla deformazione del volume locale sulla superficie metallica.
Classificazione e rappresentazione della durezza dei metalli
La durezza del metallo ha una varietà di metodi di classificazione e rappresentazione in base a diversi metodi di prova. Includono principalmente quanto segue:
Durezza Brinell (HB):
Ambito di applicazione: generalmente utilizzato quando il materiale è più morbido, come metalli non ferrosi, acciaio prima del trattamento termico o dopo la ricottura.
Principio di prova: con una certa dimensione del carico di prova, una sfera di acciaio temprato o di carburo di un certo diametro viene premuta sulla superficie del metallo da testare e il carico viene scaricato dopo un tempo specificato e il diametro della rientranza sulla superficie da testare viene misurata.
Formula di calcolo: Il valore di durezza Brinell è il quoziente ottenuto dividendo il carico per la superficie sferica dell'impronta.
Durezza Rockwell (HR):
Ambito di applicazione: generalmente utilizzato per materiali con durezza maggiore, come la durezza dopo il trattamento termico.
Principio del test: simile alla durezza Brinell, ma utilizzando sonde diverse (diamante) e metodi di calcolo diversi.
Tipi: a seconda dell'applicazione esistono HRC (per materiali ad alta durezza), HRA, HRB e altri tipi.
Durezza Vickers (HV):
Ambito di applicazione: adatto per analisi al microscopio.
Principio del test: premere la superficie del materiale con un carico inferiore a 120 kg e un penetratore a cono quadrato diamantato con un angolo al vertice di 136° e dividere la superficie del foro di rientranza del materiale per il valore del carico per ottenere il valore di durezza Vickers.
Durezza Leeb (HL):
Caratteristiche: Durometro portatile, facile da misurare.
Principio del test: utilizzare il rimbalzo generato dalla testa a sfera di impatto dopo aver colpito la superficie di durezza e calcolare la durezza in base al rapporto tra la velocità di rimbalzo del punzone a 1 mm dalla superficie del campione e la velocità di impatto.
Orario di pubblicazione: 25 settembre 2024
