Właściwości mechaniczne materiałów inżynierskich

Aby zakończyć materiał do wyrobu inżynieryjnego lub aplikacji, ważne jest zrozumienie właściwości mechanicznych materiału. Właściwości mechaniczne materiału to te, które wpływają na siłę mechaniczną i zdolność materiału do formowania w odpowiedni kształt. Niektóre typowe właściwości mechaniczne materiału obejmują:

• Wytrzymałość

• Odporność na pękanie

• Twardość

• Szkliwość

• Kruchość

• Kowalność

• Plastyczność

• Plynięcie i przesuwanie się

• Sprężystość

• Zmęczenie

Wytrzymałość

Jest to właściwość materiału, która przeciwstawia się deformacji lub rozpadowi materiału w obecności zewnętrznych sił lub obciążeń. Materiały, które wybieramy do naszych produktów inżynieryjnych, muszą mieć odpowiednią wytrzymałość mechaniczną, aby móc działać pod różnymi siłami mechanicznymi lub obciążeniami.

Odporność na pękanie

To zdolność materiału do absorpcji energii i plastycznego odkształcenia bez pękania. Jej wartość numeryczna jest określana przez ilość energii na jednostkę objętości. Jego jednostką jest dżul/m3. Wartość odporności na pękanie materiału można określić na podstawie charakterystyki naprężenie-odkształcenie materiału. Dla dobrej odporności na pękanie, materiały powinny mieć dobrą wytrzymałość oraz plastyczność.

Na przykład: kruche materiały, mające dobrą wytrzymałość, ale ograniczoną plastyczność, nie są wystarczająco odpornymi. Podobnie, materiały o dobrej plastyczności, ale niskiej wytrzymałości, również nie są wystarczająco odpornymi. Zatem, aby być odpornym, materiał powinien być w stanie wytrzymać zarówno wysokie naprężenia, jak i odkształcenia.

Twardość

To zdolność materiału do oporu przed trwałym zmianą kształtu spowodowaną zewnętrznym obciążeniem. Istnieje wiele miar twardości – Twardość drapania, Twardość wgłębienia i Twardość odbicia.

1. Twardość drapania
   Twardość drapania to zdolność materiałów do oporu przed drapaniem powierzchniowej warstwy zewnętrznej spowodowanym zewnętrzną siłą.

2. Twardość wgłębienia
   To zdolność materiałów do oporu przed wgłębieniem spowodowanym uderzeniem zewnątrz twardego i ostrego obiektu.

3. Twardość odbicia
   Twardość odbicia nazywana jest także twardością dynamiczną. Jest określana przez wysokość „odbicia” młotka z diamentowym czubkiem upuszczonego z ustalonej wysokości na materiał.

Szkliwość

To zdolność materiału do osiągnięcia twardości poprzez obróbkę cieplną. Jest określana przez głębokość, do której materiał staje się twardy. Jednostka SI szkliwości to metr (podobnie jak długość). Szkliwość materiału jest odwrotnie proporcjonalna do spawalności materiału.

Kruchość

Kruchość materiału wskazuje, jak łatwo może on pęknąć, gdy jest poddany sile lub obciążeniu. Gdy kruchy materiał jest poddany naprężeniom, absorbuje bardzo mało energii i pęka bez znacznego odkształcenia. Kruchość jest przeciwieństwem plastyczności materiału. Kruchość materiału zależy od temperatury. Niektóre metale, które są plastyczne przy normalnej temperaturze, stają się kruche przy niskich temperaturach.

Kowalność

Kowalność to właściwość ciał stałych, która wskazuje, jak łatwo materiał może zostać odkształcony pod wpływem naprężenia ściskającego. Kowalność często jest kategoryzowana przez zdolność materiału do formowania w postaci cienkiej blachy przez młocenie lub toczenie. Ta właściwość mechaniczna jest aspektem plastyczności materiału. Kowalność materiału zależy od temperatury. Z wzrostem temperatury, kowalność materiału rośnie.

Plastyczność

Plastyczność to właściwość ciała stałego, która wskazuje, jak łatwo materiał może zostać odkształcony pod wpływem naprężenia rozciągającego. Plastyczność często jest kategoryzowana przez zdolność materiału do rozciągnięcia w postaci drutu przez ciągnięcie lub wyciąganie. Ta właściwość mechaniczna jest aspektem plastyczności materiału i zależy od temperatury. Z wzrostem temperatury, plastyczność materiału rośnie.

Plynięcie i przesuwanie się

Plynięcie to właściwość materiału, która wskazuje tendencję materiału do powolnego ruchu i trwałego odkształcenia pod wpływem zewnętrznego obciążenia mechanicznego. Powstaje w wyniku długotrwałego działania dużego zewnętrznego obciążenia mechanicznego w granicach plastyczności. Plynięcie jest bardziej dotkliwe w materiałach, które są długotrwałe poddawane działaniu ciepła. Przesuwanie się w materiale to płaszczyzna o wysokim zagęszczeniu atomów.

Sprężystość

Sprężystość to zdolność materiału do absorpcji energii, gdy jest on elastycznie odkształcony przez zastosowanie naprężenia, i zwolnienia energii, gdy naprężenie zostanie usunięte. Sprężystość dowodowa definiowana jest jako maksymalna energia, którą można zabsorbować bez trwałego odkształcenia. Moduł sprężystości definiowany jest jako maksymalna energia, którą można zabsorbować na jednostkę objętości bez trwałego odkształcenia. Można go określić, całkując krzywą naprężenie-odkształcenie od zera do granicy sprężystości. Jego jednostką jest dżul/m3.

Zmęczenie

Zmęczenie to osłabienie materiału spowodowane jego cyklicznym obciążeniem. Gdy materiał jest poddawany cyklicznemu obciążeniu, a obciążenie jest większe niż pewna prógowa wartość, ale znacznie poniżej wytrzymałości materiału (limit wytrzymałości na rozciąganie lub granica plastyczności), zaczynają powstawać mikroskopijne pęknięcia w granicach ziarn i interfejsach. Ostatecznie pęknięcie osiąga krytyczną wielkość. To pęknięcie gwałtownie się rozprzestrzenia, a konstrukcja pęka. Kształt konstrukcji bardzo wpływa na zmęczenie. Kwadratowe otwory i ostre krawędzie prowadzą do podwyższonych naprężeń, gdzie inicjuje się pęknięcie zmęczeniowe.

Oświadczenie: Szanuj oryginał, dobre artykuły są warte udostępniania, w przypadku naruszenia praw autorskich prosimy o kontakt w celu usunięcia.