Mekaniska egenskaper är viktiga för att beskriva hur ett material beter sig när det belastas. Många tester, t.ex. spännings-, tryck-, slag-, böjnings-, skjuv-, vridnings- och hårdhetstester, har utvecklats för att observera hur ett material reagerar på en påförd yttre kraft. Dessa egenskaper är viktiga för att konstruktörer ska kunna välja lämpliga material för olika tillämpningar.
Vad är ett materials töjning?
Töjning är ett mått på den deformation som uppstår innan ett material till slut går sönder när det utsätts för en dragbelastning. När den sistnämnda påförs sker en ökning av längden och en jämn minskning av tvärsnittsytan, samtidigt som materialet bibehåller en konstant volym. Förlängning på grund av expansion kan också uppstå när ett material genomgår en temperaturökning, eller om både en axialkraft och en hög temperatur verkar samtidigt på ett material.
Hur mäts förlängning?
Mätning av materialförlängning på grund av axialkraft utförs vanligen genom ett standardt draghållfasthetstest. En remsa eller stång med en viss längd och en enhetlig tvärsnittsarea, som är fixerad i ena änden, utsätts för en dragbelastning längs provets axel. Mätmärken ritas in på provet när det placeras i provningsmaskinens grepp för att definiera mätlängden. Den axiella belastningen ökas stegvis och förlängningen observeras tills materialet bryts mekaniskt eller bryts. Denna provning är vanligtvis normaliserad, utförs med konstant belastningshastighet och är destruktiv. Mätlängden eller kalibreringslängden måste vara tillräckligt lång för att säkerställa att dragspänningen överförs jämnt.
Bild 1 som referens. Källa- https://www.admet.com/wp-content/uploads/2017/07/ductile-specimen-shape-during-testing.png
Ett typiskt förlopp av ett dragprov börjar med att provkroppen ligger utan belastning. Vid den första belastningen kan en jämn förlängning och minskning av tvärsnittsytan observeras. Detta fortsätter tills en maximal belastning uppnås. Därefter inträffar en inskjutning, vilket gör att den följande deformationen blir ojämnt fördelad och sker endast vid inskjutningen. Den lokala verkliga spänningen fortsätter att öka när halsytan minskar tills brott uppnås.
Formeln för töjning vid varje längd L under dragprovning är:
där,
δ = förlängning, (tum eller mm)
L0 = ursprunglig mätlängd mellan märken, (tum eller mm)
L = längd mellan märkena vid varje punkt under enhetlig töjning, (tum eller mm)
Under ett dragprov avläses samtidigt den påförda belastningen och töjningen av mätlängden. Dessa data kan plottas på en graf som kallas spännings-deformationskurva. Spännings- och töjningskurvan är viktig för att förstå materialegenskaperna eftersom den visar det grundläggande förhållandet mellan den tekniska spänningen och den tekniska töjningen .
Formeln för teknisk spänning, som visar en påverkan av den applicerade belastningen på den ursprungliga tvärsnittsytan, är:
där,
σ = teknisk spänning, (lb/sq. in eller MPa)
P = påförd belastning, (lb eller N)
A0 = ursprunglig tvärsnittsarea, (kvm. tum eller kvm. mm)
Den tekniska töjningen, å andra sidan, mäts som förhållandet mellan töjningen och mätlängden:
där,
ε = teknisk töjning, (utan enhet)
δ = töjning vid varje punkt under det jämna töjningsstadiet, (tum eller mm)
L0 = ursprunglig mätlängd mellan märkena (tum eller mm)
Vad är procentuell töjning?
Antag att vi har en stång som har genomgått ett draghållfasthetsprov. Med hjälp av en extensometer kan vi mäta den ursprungliga mätlängden Lo och en slutlig mätlängd Lf efter inringning och brott. Förhållandet mellan skillnaden mellan den slutliga längden och den ursprungliga längden och själva den ursprungliga längden kallas procentuell töjning (%δ).
där,
%δ = procentuell förlängning, (%)
Lf = slutlig provlängd, (tum eller mm)
Lo = ursprunglig provlängd, (tum eller mm)
Detta mått representerar en materialegenskap som kallas duktilitet .
Varför beräkna materialförlängning?
Det är viktigt att utföra ett dragprov för att bestämma förlängningen av olika material för att utvärdera deras möjliga användningsområden. Till exempel är material med hög töjning – dvs. god duktilitet – avgörande i komponenter som kräver energiupptagning genom plastisk deformation, t.ex. krockskydd och stötfångare.
För tillverkningsprocesser är det viktigt att känna till denna egenskap för att kunna genomföra kvalitetskontroller.
För material- och tillverkningsingenjörer undersöks sådana egenskaper för att bedöma materialets svagheter och begränsningar för förbättring och utforskning av alternativ .