Mechanické vlastnosti mají zásadní význam pro popis chování materiálu při zatížení. Za účelem sledování odezvy materiálu na působící vnější sílu bylo vyvinuto mnoho zkoušek, jako jsou zkoušky v tahu, tlaku, rázu, ohybu, smyku, krutu a tvrdosti. Tyto vlastnosti jsou důležité pro to, aby konstruktéři mohli vybrat vhodné materiály pro různé aplikace.
Co je to prodloužení materiálu?
Prodloužení je míra deformace, ke které dojde před tím, než se materiál při tahovém zatížení nakonec přetrhne. Při jeho působení dochází k nárůstu délky a rovnoměrnému zmenšení plochy průřezu, přičemž si materiál zachovává konstantní objem. K prodloužení vlivem roztažnosti může dojít také tehdy, když se u materiálu zvýší teplota nebo když na materiál působí současně axiální síla i vysoká teplota.
Jak se měří prodloužení?
Měření prodloužení materiálu vlivem axiální síly se obvykle provádí standardní zkouškou pevnosti v tahu. Pásek nebo tyč o určité délce a rovnoměrném průřezu, upevněná na jednom konci, je vystavena tahovému zatížení podél osy vzorku. Na vzorek se při jeho umístění do úchytů zkušebního stroje vyryjí měřicí značky, které určují délku měřidla. Osové zatížení se postupně zvyšuje a sleduje se prodlužování, dokud nedojde k mechanickému porušení nebo lomu materiálu. Tato zkouška je obvykle normalizovaná, provádí se při konstantní rychlosti zatížení a je destruktivní. Délka měřidla nebo kalibrační délka musí být dostatečně dlouhá, aby se zajistil rovnoměrný přenos tahového napětí.
Obrázek 1 pro srovnání. Zdroj- https://www.admet.com/wp-content/uploads/2017/07/ductile-specimen-shape-during-testing.png
Typický průběh tahové zkoušky začíná tím, že se vzorek nachází bez zatížení. Při počátečním působení zatížení lze pozorovat rovnoměrné prodloužení a zmenšení plochy průřezu. Tento proces pokračuje až do dosažení maximálního zatížení. Poté dojde ke vzniku hrdla, což způsobí, že následující deformace je nerovnoměrná a probíhá pouze na hrdle. Místní skutečné napětí se nadále zvyšuje se zmenšující se plochou krčku, až dojde k lomu.
Vzorec pro prodloužení na libovolné délce L při zkoušce tahem je:
kde,
δ = prodloužení, (v nebo mm)
L0 = počáteční měřicí délka mezi značkami, (in nebo mm)
L = délka mezi značkami v libovolném bodě během rovnoměrného prodloužení, (in nebo mm)
Při tahové zkoušce se odečítají údaje o působícím zatížení a prodloužení délky měřidla současně. Tyto údaje lze vynést do grafu, který se nazývá křivka napětí a deformace. Křivka napětí-deformace má zásadní význam pro pochopení vlastností materiálu, protože ukazuje základní vztah mezi technickým napětím a technickou deformací .
Vzorec pro technické napětí, který ukazuje vliv působícího zatížení na původní plochu průřezu, je:
kde,
σ = technické napětí, (lb/m2. in nebo MPa)
P = působící zatížení, (lb nebo N)
A0 = původní plocha průřezu, (sq. in nebo sq. mm)
Inženýrská deformace se naproti tomu měří jako poměr prodloužení k délce měřidla:
kde,
ε = inženýrská deformace, (bez jednotek)
δ = prodloužení v libovolném bodě během fáze rovnoměrného prodloužení, (in nebo mm)
L0 = původní délka měřidla mezi značkami (in nebo mm)
Co je procentuální prodloužení?
Předpokládejme, že máme tyč, která prošla zkouškou pevnosti v tahu. Pomocí extenzometru můžeme změřit původní měrnou délku Lo a konečnou měrnou délku Lf po výstřiku a lomu. Poměr rozdílu konečné a původní délky k samotné původní délce se nazývá procento prodloužení (%δ).
kde,
%δ = procento prodloužení, (%)
Lf = konečná délka vzorku, (v nebo mm)
Lo = původní délka vzorku, (v nebo mm)
Tato míra představuje vlastnost materiálu zvanou tažnost .
Proč počítat prodloužení materiálu?
Provedení tahové zkoušky ke stanovení prodloužení různých materiálů je důležité pro posouzení jejich možného použití. Například materiály s vysokým prodloužením – tj. dobrou tažností – jsou kriticky důležité u součástí, které vyžadují absorpci energie plastickou deformací, jako jsou nárazové bariéry a nárazníky.
U výrobních procesů je znalost této vlastnosti nezbytná pro zavedení měřítek kontroly kvality.
Pro materiálové a výrobní inženýry se tyto vlastnosti zkoumají za účelem posouzení slabých míst a omezení materiálu pro jeho zlepšení a zkoumání alternativ.
Výrobní inženýři zkoumají tyto vlastnosti za účelem posouzení slabých míst a omezení materiálu pro jeho zlepšení a zkoumání alternativ.