Insinöörimateriaalien mekaaniset ominaisuudet

Materiaalin tai sovelluksen tekemisen viimeistelyssä on tärkeää ymmärtää materiaalin mekaaniset ominaisuudet. Materiaalin mekaaniset ominaisuudet ovat ne, jotka vaikuttavat materiaalin mekaaniseen vahvuuteen ja kykyyn muotoilla sopivaksi muodoksi. Joitakin tyypillisiä materiaalin mekaanisia ominaisuuksia ovat:

• Vahvuus

• Kovuus

• Kovuus

• Kovettuvuus

• Murtoherkkäisyys

• Pienoisuus

• Venymiskyky

• Kuormanluistelu ja -liukuminen

• Joustavuus

• Väsymisvastisuus

Vahvuus

Se on materiaalin ominaisuus, joka vastustaa materiaalin muodonmuutosta tai hajoamista ulkoisten voimien tai kuormien vaikutuksesta. Materiaaleissa, joita käytämme insinööriratkaisujemme valmistukseen, tulee olla sopiva mekaaninen vahvuus, jotta ne pystyvät toimimaan eri mekaanisten voimien tai kuormien alaisena.

Kovuus

Se on materiaalin kyky imeä energiaa ja muuttua plastisesti vääntynyt ilman rikkoutumista. Sen numeerinen arvo määräytyy energian määrän per kappaleen tilavuus. Yksikkönä se on Joule/m3. Materiaalin kovuuden arvon voi määrittää materiaalin stressi-strain ominaisuudella. Hyvälle kovuudelle materiaalissa pitää olla hyvä vahvuus sekä venymiskyky.

Esimerkiksi: murteelliset materiaalit, joilla on hyvä vahvuus mutta rajallinen venymiskyky, eivät ole tarpeeksi kovia. Vastaavasti materiaalit, joilla on hyvä venymiskyky mutta heikko vahvuus, eivät myöskään ole tarpeeksi kovia. Siksi, jotta materiaali olisi kova, sen pitää pystyä kestämään sekä korkeita stressejä että venymistä.

Kovuus

Se on materiaalin kyky vastustaa pysyviä muodonmuutoksia ulkoisen paineen vaikutuksesta. Kovuuden mittaamisessa on useita menetelmiä – raaputtava kovuus, painevainen kovuus ja palautuva kovuus.

1. Raaputtava kovuus
   Raaputtava kovuus on materiaalin kyky vastustaa ulkopuolisen voiman aiheuttavia raaputuksia ulompaan pintaan.

2. Painevainen kovuus
   Se on materiaalin kyky vastustaa painevaa muodonmuutosta ulkopuolisen kovien ja terävien esineiden vaikutuksesta.

3. Palautuva kovuus
   Palautuva kovuus on myös nimeltään dynaaminen kovuus. Se määräytyy timanttipäisen mailan "puitsemisen" korkeudesta, jota pudotetaan kiinteältä korkeudelta materiaalin päälle.

Kovettuvuus

Se on materiaalin kyky saavuttaa kovuus lämpökuivauksen avulla. Se määräytyy syvyyden mukaan, johon asti materiaali muuttuu kovaksi. SI-yksikkö kovettuvuudelle on metri (samankaltainen kuin pituus). Materiaalin kovettuvuus on käänteisessuhde materiaalin hitauskykyyn.

Murtoherkkäisyys

Materiaalin murtoherkkäisyys ilmaisee, miten helposti se rikkoutuu, kun sitä aiheutetaan voimaan tai kuormaan. Kun murteellista materiaalia aiheutetaan stressiin, se havaitsee hyvin vähän energiaa ja rikkoutuu ilman merkittävää venymistä. Murtoherkkäisyys on käänteinen suhde materiaalin venymiskykyyn. Materiaalin murtoherkkäisyys riippuu lämpötilasta. Jotkut metallit, jotka ovat venyvät normaalilla lämpötilalla, muuttuvat murteellisiksi alhaisilla lämpötiloilla.

Pienoisuus

Pienoisuus on kiinteiden materiaalien ominaisuus, joka ilmaisee, miten helposti materiaali muuttuu muodoltaan puristavan stressin vaikutuksesta. Pienoisuus luokitellaan usein materiaalin kyvyn muodostaa ohut levysi lyödystä tai pyöristämisestä. Tämä mekaaninen ominaisuus on osa materiaalin muuntuvuutta. Materiaalin pienoisuus riippuu lämpötilasta. Lämpötilan nousessa materiaalin pienoisuus kasvaa.

Venymiskyky

Venymiskyky on kiinteiden materiaalien ominaisuus, joka ilmaisee, miten helposti materiaali muuttuu muodoltaan vetävän stressin vaikutuksesta. Venymiskyky luokitellaan usein materiaalin kyvyn venyä langaksi vedon tai vetämisen avulla. Tämä mekaaninen ominaisuus on osa materiaalin muuntuvuutta ja riippuu lämpötilasta. Lämpötilan nousessa materiaalin venymiskyky kasvaa.

Kuormanluistelu ja -liukuminen

Kuormanluistelu on materiaalin ominaisuus, joka ilmaisee materiaalin taipumuksen liikkua hitaasti ja muuttua pysyvästi ulkoisen mekaanisen stressin vaikutuksesta. Se johtuu pitkäaikaiseen altistumiseen suurelle ulkoiselle mekaaniselle stressille annostuksen rajoissa. Kuormanluistelu on vakavampaa materiaaleissa, jotka altistuvat pitkään lämpölle. Liukuminen materiaalissa on tasopinta, jolla on korkea atomin tiheyden.

Joustavuus

Joustavuus on materiaalin kyky imeä energiaa, kun sitä venytetään joustavasti stressin vaikutuksesta, ja vapauttaa energiaa, kun stressi poistetaan. Todiste-joustavuus määritellään maksimienergiana, jota voidaan imeä ilman pysyvää muodonmuutosta. Joustavuuden moduuli määritellään maksimienergiana, jota voidaan imeä per kappaleen tilavuus ilman pysyvää muodonmuutosta. Sitä voidaan määrittää integroimalla stressi-strain käyrä nollasta joustavuuden rajalle. Yksikkönä se on joule/m3.

Väsymisvastisuus

Väsymisvastisuus on materiaalin heikentäminen, joka johtuu materiaalin toistuvasta kuormittamisesta. Kun materiaali aiheutetaan sykliseen kuormittamiseen, ja kuormitus on suurempi kuin tietty kynnysarvo, mutta paljon alle materiaalin vahvuuden (ultimaatin venymisrajan tai lujuuden raja), mikroskooppiset reikiä alkavat muodostua korniteiden ja rajapintojen välissä. Lopulta reiki saavuttaa kriittisen koon. Tämä reiki leviää yhtäkkiä ja rakenne rikkoutuu. Rakenteen muoto vaikuttaa väsymiseen paljon. Neliöreikät ja terävät kulmat johtavat nostettuihin stressiin, jossa väsymisreiki aloittaa.

Lause: Kunnioita alkuperäistä, hyviä artikkeleita on jakamisen arvoa, jos on tekijänoikeusloukkausta ole yhteydessä poisto.