Wytrzymałość na rozciąganie a granica plastyczności – analiza różnic

Wytrzymałość na rozciąganie i granica plastyczności to dwa różne pojęcia. Jednak wiedza, kiedy określić każdą zmienną i dlaczego jest ważna, jest kluczowa.

Właśnie na tym skupimy się w tym artykule.

Co to jest wytrzymałość na rozciąganie?

Wytrzymałość na rozciąganie to ilość sił, jakie materiały mogą wytrzymać przed rozpoczęciem pękania. Zwykle, badamy to, poddając materiał sile rozciągającej, używając testera wytrzymałości drutu metalowego .

Inaczej mówiąc, jest to punkt na krzywej naprężenie-odkształcenie, w którym materiał osiąga najdalszy punkt, w którym jest w stanie wytrzymać naprężenie.

Jednostki miary to:

• Megapaskale (MPa)
• Funty na cal kwadratowy (Psi)

Jednostki te bazują na sile przypadającej na dany obszar.

Co ważniejsze, właściwość ta jest kluczowa w zastosowaniach, w których materiały są poddawane siłom rozciągającym lub ciągnącym.

Co to jest granica plastyczności?

Po osiągnięciu granicy plastyczności wszystkie materiały przestają być sprężyste i zaczyna się możliwość wystąpienia odkształceń plastycznych.

Zazwyczaj jednostkami miary są:

• Megapaskale (MPa)
• Funty na cal kwadratowy (psi)

Pamiętaj, że granica plastyczności pomaga w projektowaniu wielu elementów konstrukcyjnych. Wiedza na temat granicy plastyczności zapobiegnie znacznemu odkształceniu materiałów pod obciążeniem.

Badanie różnic w wytrzymałości na rozciąganie i granicy plastyczności

Wielkość i jednostki miary

Oba są mierzone w megapaskalach (MPa). Alternatywnie możesz użyć funtów na cal kwadratowy (psi).

Pamiętaj, że te jednostki oznaczają siłę przyłożoną na jednostkę powierzchni. Pomimo powyższych podobieństw, wielkości tych dwóch sił różnią się w znaczący sposób.

Wytrzymałość na rozciąganie jest zwykle wyższa w porównaniu do granicy plastyczności. Weźmy na przykład stal konstrukcyjną:

Jego wytrzymałość na rozciąganie może wynosić około 400–500 MPa, podczas gdy granica plastyczności jest zwykle niższa i wynosi około 250–300 MPa.

Ta różnica jest bardzo znacząca, ponieważ wskazuje na zdolność materiału do tolerowania większych naprężeń przed awarią. To znaczy, poza punktem trwałej deformacji.

Punkt pomiaru

W przypadku granicy plastyczności określisz jej wartość w punkcie, w którym materiał zmienia się z odkształcenia sprężystego. To znaczy, gdy jest odwracalne do odkształcenia plastycznego. Jednocześnie nie możesz przywrócić materiału do jego pierwotnego kształtu lub rozmiaru.

Odkształcenie sprężyste to etap, który ma zastosowanie Prawo Hooke'a gdzie naprężenie jest proporcjonalne do odkształcenia. Ten etap jest przewidywalny. Ale co ważniejsze, granica plastyczności pomaga wskazać granicę bezpieczeństwa.

Ważne jest, aby zmierzyć wytrzymałość na rozciąganie w punkcie, w którym żaden materiał nie może wytrzymać żadnego stopnia naprężenia. Należy pamiętać, że większe siły mogą powodować pęknięcia.

Pękanie powoduje, że zdolność materiału do przenoszenia obciążenia może znacznie się zmniejszyć po rozpoczęciu zwężania. Przewężenie występuje, gdy występuje lokalne zmniejszenie powierzchni przekroju poprzecznego, co przewiduje zbliżającą się awarię.

Z drugiej strony wytrzymałość na rozciąganie wskazuje punkt końcowy, w którym następuje awaria.

Załadunek

Wytrzymałość plastyczna opisuje wyższe poziomy naprężeń. Zazwyczaj jest to punkt obciążenia tuż przed rozpoczęciem trwałej deformacji.

W projektowaniu inżynieryjnym granica plastyczności odgrywa kluczową rolę, gdyż pomaga zapewnić, że materiały mogą przenosić obciążenia bez nieodwracalnych odkształceń.

Inżynierowie projektują konstrukcje, które działają w obszarze sprężystym, który znajduje się poniżej granicy plastyczności, aby uniknąć trwałego odkształcenia. Z drugiej strony wytrzymałość na rozciąganie koncentruje się bardziej na maksymalnym obciążeniu. To znaczy na obciążeniu, jakie może wytrzymać każdy materiał przed pęknięciem.

Wytrzymałość na rozciąganie jest kluczowa dla zrozumienia ostatecznej nośności. Jest jednak bardziej istotna, gdy rozważa się marginesy bezpieczeństwa i warunki awarii, niż codzienne ograniczenia operacyjne.

Zachowanie w stresie

Jeśli obciążenie zostanie usunięte, materiał może powrócić do swojego pierwotnego kształtu. Dzieje się tak, ponieważ materiał odkształca się elastycznie na początku, ponieważ będziesz narażać go na coraz większe naprężenia.

Po przekroczeniu granicy plastyczności materiał nie może powrócić do pierwotnej formy. Dlatego przy granicy plastyczności kończy się elastyczność. Zrozumiesz, że zaczyna się trwała deformacja plastyczna.

Gdy poddasz jakikolwiek materiał większemu naprężeniu, osiągnie on punkt wytrzymałości na rozciąganie. To znaczy, będzie bliski pęknięcia.

To zachowanie jest konieczne w prognozowaniu, jak dany materiał będzie się zachowywał w świecie rzeczywistym. Większa wytrzymałość na rozciąganie wytrzymuje większe obciążenia i lepiej opiera się trwałej deformacji.

Krzywa naprężenia-odkształcenia

Na krzywej naprężenie-odkształcenie punkt plastyczności jest opisany jako miejsce, w którym krzywa odchyla się od linii prostej. Odchylenie jest bardzo niewielkie i wymaga dokładnego pomiaru.

Ale co ważniejsze, szczyt krzywej przedstawia wytrzymałość na rozciąganie. Z drugiej strony, pęknięcie materiału jest przedstawione przez najwyższy punkt, zanim krzywe zaczną opadać.

Krzywa ta pozwala na wizualną reprezentację przejścia materiału od stanu sprężystego do stanu zniszczenia.

Teraz obszar pod krzywą do granicy plastyczności wskazuje na możliwość odzyskania energii sprężystej. Z drugiej strony obszar poza granicą plastyczności aż do wytrzymałości na rozciąganie wskazuje na pęknięcie z powodu odkształcenia plastycznego.

Znaczenie w zastosowaniach inżynieryjnych

W projektowaniu inżynieryjnym granica plastyczności jest istotnym czynnikiem, który należy brać pod uwagę przy wyborze materiałów na elementy konstrukcyjne.

Należy upewnić się, że w normalnych warunkach nie dochodzi do odkształceń plastycznych. Dzieje się tak, ponieważ naruszy to integralność strukturalną części.

W inżynierii lądowej granica plastyczności stali i betonu ma kluczowe znaczenie dla projektów budowlanych i innej infrastruktury. Aby zapewnić brak trwałej deformacji, która mogłaby doprowadzić do zawalenia, belki i kolumny są projektowane tak, aby działały poniżej swojej granicy plastyczności.

Inżynierowie wykorzystują granicę plastyczności, aby uwzględnić współczynniki bezpieczeństwa w swoich projektach. Robią to, zapewniając, że maksymalne naprężenie robocze jest niższe niż granica plastyczności materiału. To podejście rejestruje niedoskonałości materiału i nieprzewidziane obciążenia.

Wytrzymałość na rozciąganie ma również wpływ na trwałość i żywotność elementów. W przemyśle motoryzacyjnym utrzymanie wytrzymałości na rozciąganie zapewnia, że części samochodowe mogą wytrzymać powtarzające się obciążenia bez odkształcania się.

Z drugiej strony wytrzymałość na rozciąganie jest kluczowa przy ocenie maksymalnego obciążenia, jakie materiał może wytrzymać przed całkowitym zniszczeniem. Dlatego zrozumienie wytrzymałości na rozciąganie pomaga w przewidywaniu, jak i kiedy materiał może ulec zniszczeniu z powodu przeciążenia.

Pomoże Ci zaprojektować mechanizmy zabezpieczające przed awariami materiałów.

Wytrzymałość na rozciąganie jest podstawowym kryterium przy wyborze wysokowydajnych zastosowań. Wysoka wytrzymałość na rozciąganie wytrzymuje ciśnienie wewnętrzne, takie jak transport cieczy pod wysokim ciśnieniem. Materiały o wysokiej wytrzymałości na rozciąganie pozostają nienaruszone i funkcjonalne w ekstremalnych warunkach.

Oddziaływania międzycząsteczkowe

Wytrzymałość na rozciąganie jest ściśle związana z wewnętrzną strukturą materiału. W szczególności odnosi się do oporu w jego cząsteczkach lub atomach podczas pierwszych etapów odkształcenia plastycznego. Odkształcenie plastyczne to punkt, w którym kształt materiału zaczyna się trwale zmieniać.

W tym przypadku opór jest zależny od czynników takich jak gęstość dyslokacji. Innymi słowy, im wyższa gęstość dyslokacji, tym wyższa granica plastyczności, ponieważ blokuje ona ruch dyslokacji.

Utrudnia to materiałowi odkształcanie plastyczne.

Wielkość ziarna to kolejny czynnik wpływający na opór. Mniejsze ziarna oznaczają większą granicę ziarna, co może utrudniać możliwe ruchy i przemieszczenia. Jest to zjawisko zwane Efekt Halla-Petcha.

Z drugiej strony, wytrzymałość na rozciąganie jest zależna od zdolności sił spójności w materiale do zachowania jego integralności strukturalnej po poddaniu go rozciąganiu. Siły spójności są kontrolowane przez wiązanie atomów w materiale.

Ostatecznie przy wytrzymałości na rozciąganie siły spójności są przekraczane, powodując uszkodzenie materiału. W metalach wytrzymałość na rozciąganie jest poddawana wpływom sił, które powodują wiązanie między atomami. Konieczne jest rozbicie tych sił, aby materiał pękł.

Wniosek

Wytrzymałość na rozciąganie i granica plastyczności są bardzo różne. Ale co ważniejsze, analiza tych dwóch zmiennych pomoże Ci wybrać odpowiedni materiał do każdego zastosowania.

Od starannej analizy tych zmiennych zależy, czy materiał wytrzyma działanie danego obciążenia.

Jeżeli rozpoczynasz działalność w zakresie obróbki materiałów, w TSINFA pomożemy Ci dobrać najlepsze maszyny do Twoich potrzeb. operacje obróbki. W razie jakichkolwiek pytań, Skontaktuj się z nami teraz.