A mechanikai tulajdonságok alapvető fontosságúak az anyag viselkedésének leírásához terhelés hatására. Számos vizsgálatot, például húzó-, nyomó-, ütő-, hajlító-, nyíró-, torziós és keménységvizsgálatot dolgoztak ki annak megfigyelésére, hogy egy anyag hogyan reagál egy alkalmazott külső erőre. Ezek a tulajdonságok fontosak ahhoz, hogy a mérnöki tervezők megfelelő anyagokat választhassanak ki a különböző alkalmazásokhoz.
Mi az anyag nyúlása?
A nyúlás a deformáció mértéke, amely az anyag végső törése előtt következik be, amikor húzóterhelésnek van kitéve. Ez utóbbi alkalmazása során hossznövekedés és a keresztmetszet egyenletes csökkenése következik be, miközben az anyag térfogata állandó marad. A tágulás miatti nyúlás akkor is bekövetkezhet, ha az anyagot hőmérséklet-növekedés éri, vagy ha egyidejűleg axiális erő és magas hőmérséklet hat az anyagra.
Hogyan mérik a nyúlást?
Az anyag axiális erő miatti nyúlásának mérése általában szabványos szakítószilárdsági vizsgálattal történik. Egy bizonyos hosszúságú, egyenletes keresztmetszetű, az egyik végén rögzített szalagot vagy rudat a próbatest tengelye mentén húzóterhelésnek vetnek alá. A próbadarabot a vizsgálógép markolatába helyezve mérőjeleket rajzolnak a próbadarabra, hogy meghatározzák a mérőhosszat. A tengelyirányú terhelést fokozatosan növelik, és a nyúlást addig figyelik, amíg az anyag mechanikusan el nem törik vagy meg nem törik. Ezt a vizsgálatot általában normalizálják, állandó terhelési sebességgel végzik, és roncsoló hatású. A mérőhossznak vagy a kalibrációs hossznak elég hosszúnak kell lennie ahhoz, hogy a szakítófeszültség egyenletesen kerüljön átvitelre.
Az 1. kép a hivatkozáshoz. Forrás- https://www.admet.com/wp-content/uploads/2017/07/ductile-specimen-shape-during-testing.png
A szakítóvizsgálat tipikus lefolyása úgy kezdődik, hogy a próbatest terhelés nélkül helyezkedik el. A terhelés kezdeti alkalmazásakor egyenletes nyúlás és a keresztmetszeti terület csökkenése figyelhető meg. Ez a maximális terhelés eléréséig folytatódik. Ezután a nyakképződés bekövetkezik, ami azt eredményezi, hogy a következő alakváltozás nem lesz egyenletes, és csak a nyaknál következik be. A helyi valódi feszültség tovább növekszik, ahogy a nyak területe csökken, egészen a törésig.
A szakítóvizsgálat során a nyúlás képlete bármely L hosszúságnál a következő:
hol,
δ = nyúlás, (in vagy mm)
L0 = kezdeti mérőhossz a jelek között, (in vagy mm)
L = a jelek közötti hossz az egyenletes nyúlás bármely pontján, (in vagy mm)
A szakítóvizsgálat során az alkalmazott terhelés és a mérőhossz nyúlásának leolvasása egyidejűleg történik. Ezeket az adatokat egy grafikonon, az úgynevezett feszültség-nyúlás görbén lehet ábrázolni. A feszültség-alakváltozás görbe alapvető fontosságú az anyagtulajdonságok megértéséhez, mivel megmutatja a műszaki feszültség és a műszaki alakváltozás közötti alapvető kapcsolatot .
A műszaki feszültség képlete, amely az eredeti keresztmetszeti területre alkalmazott terhelés hatását mutatja, a következő:
hol,
σ = műszaki feszültség, (lb/q. in vagy MPa)
P = alkalmazott terhelés, (lb vagy N)
A0 = eredeti keresztmetszeti terület, (sq. in vagy sq. mm)
A műszaki alakváltozás viszont a nyúlás és a mérőhossz hányadosaként mérhető:
hol,
ε = mérnöki alakváltozás, (egység nélkül)
δ = nyúlás az egyenletes nyúlási szakasz bármely pontján, (in vagy mm)
L0 = kezdeti mérőhossz a jelek között (in vagy mm)
Mi a százalékos nyúlás?
Tegyük fel, hogy van egy rudunk, amely szakítószilárdsági vizsgálaton ment keresztül. Egy nyúlásmérő segítségével meg tudjuk mérni az eredeti Lo mérőhosszúságot és a nyákosodás és törés utáni Lf végső mérőhosszúságot. A végső hossz és az eredeti hossz különbségének és magának az eredeti hossznak az arányát százalékos nyúlásnak (%δ) nevezzük.
hol,
%δ = százalékos nyúlás, (%)
Lf = végső próbatesthossz, (in vagy mm)
Lo = eredeti próbatesthossz, (in vagy mm)
Ez a mérés egy duktilitásnak nevezett anyagi tulajdonságot képvisel .
Miért számoljuk ki az anyag nyúlását?
A különböző anyagok nyúlásának meghatározására szolgáló szakítóvizsgálat elvégzése fontos a lehetséges felhasználásuk értékeléséhez. Például a nagy nyúlással – azaz jó alakíthatósággal – rendelkező anyagok kritikus fontosságúak az olyan alkatrészeknél, amelyeknél az energiaelnyelés műanyag deformációval történik, mint például a védőkorlátok és lökhárítók.
A gyártási folyamatok esetében e tulajdonság ismerete elengedhetetlen a minőségellenőrzési mérések végrehajtásához.
Az anyag- és gyártásmérnökök számára az ilyen tulajdonságokat azért vizsgálják, hogy felmérjék az anyag gyengeségeit és korlátait a javítás és az alternatívák feltárása érdekében.