Proprietățile mecanice sunt esențiale pentru a descrie comportamentul unui material atunci când se aplică o sarcină. Multe teste, cum ar fi testele de întindere, compresie, impact, încovoiere, forfecare, torsiune și duritate, sunt dezvoltate pentru a observa răspunsul unui material la o forță externă aplicată. Aceste proprietăți sunt importante pentru ca proiectanții ingineri să selecteze materialele adecvate pentru diferite aplicații.
Ce este alungirea unui material?
Alungirea este o măsură a deformării care apare înainte ca un material să se rupă în cele din urmă atunci când este supus unei sarcini de tracțiune. Pe măsură ce aceasta din urmă este aplicată, are loc o creștere a lungimii și o reducere uniformă a ariei secțiunii transversale, în timp ce materialul își menține un volum constant. Alungirea datorată dilatării poate avea loc, de asemenea, atunci când un material este supus unei creșteri de temperatură sau dacă asupra unui material acționează simultan atât o forță axială, cât și o temperatură ridicată.
Cum se măsoară alungirea?
Măsurarea alungirea materialului datorată unei forțe axiale se realizează, de obicei, printr-un test standard de rezistență la tracțiune. O bandă sau o tijă cu o anumită lungime și o suprafață uniformă a secțiunii transversale, fixată la un capăt, este supusă unei sarcini de tracțiune de-a lungul axei epruvetei. Semnele de măsurare sunt trasate pe epruvetă atunci când aceasta este plasată în mânerele mașinii de încercare pentru a defini lungimea de măsurare. Sarcina axială este crescută progresiv și se observă alungirea până când materialul se rupe sau se fracturează mecanic. Acest test este de obicei normalizat, realizat la o viteză de încărcare constantă, și este distructiv. Lungimea gabaritului sau lungimea de calibrare trebuie să fie suficient de mare pentru a se asigura că tensiunea de tracțiune este transmisă uniform.
Imaginea 1 pentru referință. Sursa- https://www.admet.com/wp-content/uploads/2017/07/ductile-specimen-shape-during-testing.png
O progresie tipică a unui test de tracțiune începe cu epruveta situată în absența unei sarcini. La aplicarea inițială a sarcinii, se poate observa o alungire uniformă și o reducere a ariei secțiunii transversale. Aceasta continuă până când se atinge o sarcină maximă. În acest caz, se produce o strâmtoare, ceea ce face ca următoarea deformare să devină neuniformă și să aibă loc doar la nivelul gâtului. Tensiunea reală locală continuă să crească pe măsură ce suprafața gâtului se reduce până când se ajunge la rupere.
Formula de alungire la orice lungime L în timpul încercării la tracțiune este:
Formula de alungire la orice lungime L în timpul încercării la tracțiune este:
unde,
δ = alungirea, (in sau mm)
L0 = lungimea inițială a ecartamentului între mărci, (in sau mm)
L = lungimea dintre repere în orice punct în timpul alungirii uniforme, (in sau mm)
În timpul unei încercări de tracțiune, citirile sarcinii aplicate și alungirea lungimii gabaritului sunt efectuate simultan. Aceste date pot fi trasate pe un grafic numit curba tensiune-deformare. Curba tensiune-deformație este esențială pentru înțelegerea proprietăților materialului, deoarece arată relația de bază dintre tensiunea tehnică și deformația tehnică .
Formula pentru tensiunea inginerească, care arată o influență a sarcinii aplicate asupra ariei secțiunii transversale originale, este:
unde,
σ = tensiunea inginerească, (lb/sq. in sau MPa)
P = sarcina aplicată, (lb sau N)
A0 = suprafața inițială a secțiunii transversale, (sq. in sau sq. mm)
Deformația tehnică, pe de altă parte, se măsoară ca raport între alungire și lungimea gabaritului:
unde,
ε = deformația inginerească, (fără unități)
δ = alungirea în orice punct în timpul etapei de alungire uniformă, (in sau mm)
L0 = lungimea inițială a gabaritului între repere (in sau mm)
Ce este alungirea procentuală?
Supunem că avem o tijă care a fost supusă unui test de rezistență la tracțiune. Folosind un extensometru, putem măsura lungimea de gabarit inițială Lo și o lungime de gabarit finală Lf după gâtuire și rupere. Raportul dintre diferența dintre lungimea finală și lungimea inițială și lungimea inițială și lungimea inițială însăși este cunoscut sub numele de alungire procentuală (%δ).
unde,
%δ = alungirea procentuală, (%)
Lf = lungimea finală a epruvetei, (in sau mm)
Lo = lungimea originală a epruvetei, (in sau mm)
Această măsurătoare reprezintă o proprietate a materialului numită ductilitate .
De ce să se calculeze alungirea materialului?
Conducerea unui test de tracțiune pentru a determina alungirea diferitelor materiale este importantă pentru a evalua posibilele utilizări ale acestora. De exemplu, materialele cu o alungire mare – adică o ductilitate bună – sunt esențiale în componentele care necesită absorbția de energie prin deformare plastică, cum ar fi barierele de protecție și parașocurile.
Pentru procesele de fabricație, cunoașterea acestei proprietăți este esențială pentru implementarea unor măsuri de control al calității.
Pentru inginerii de materiale și de fabricație, astfel de proprietăți sunt studiate pentru a evalua punctele slabe și limitările materialelor în vederea îmbunătățirii și explorării alternativelor .
.