Объяснение предела текучести:определение, важность, диаграммы и способы расчета

Понимание различных стрессов, которые испытывает материал, является ключом к пониманию того, как он будет реагировать, когда станет продуктом и столкнется с давлением и напряжением в реальном мире. Когда у вас будет представление о том, как оно будет держаться, вы будете иметь научно обоснованное спокойствие в отношении материалов, которые вы выберете, и будете знать, насколько далеко что-то может растягиваться, изгибаться или сжиматься, прежде чем оно сломается и деформируется. Одним из удобных понятий, подпадающих под эту категорию напряжений, является измерение предела текучести, который мы рассмотрим более подробно в дальнейшем.

Что такое предел текучести?

Предел текучести сообщает инженерам, когда материал переходит от упругой деформации к пластической деформации, причем первая - это то, от чего он должен отскочить, а вторая - точка, в которой он больше не может вернуться к своей первоначальной форме или форме. Его можно рассчитать по определенной формуле, до которой мы и доберемся. Но сначала важно понять, как это выглядит на графике и какие еще точки существуют на графике напряжения-деформации.

Как предел текучести связан с 3D-печатью?

Предел текучести важен для 3D-печати, поскольку прочность детали, напечатанной на 3D-принтере, во многом зависит от материала, ориентации печати и качества печати. Детали, напечатанные на 3D-принтере, прочнее в плоскости каждого напечатанного слоя, чем в направлении поперек стопки напечатанных слоев. Молекулярные связи между слоями слабее, чем внутри слоев, поэтому при приложении чрезмерной силы они могут расслаиваться. Ориентация детали таким образом, чтобы воспользоваться большей прочностью внутри слоя, может повысить общий предел текучести детали.

Чтобы узнать больше, прочтите наше полное руководство «Все, что нужно знать о 3D-печати».

Влияет ли предел текучести на характеристики материала, напечатанного на 3D-принтере?

Да, предел текучести материала, напечатанного на 3D-принтере, оказывает большое влияние на его характеристики. Деталь, напечатанная на 3D-принтере, с недостаточным пределом текучести может пластически деформироваться при обычных эксплуатационных нагрузках в процессе эксплуатации. Пластическая деформация не только снижает несущую способность детали, но и увеличивает вероятность возникновения перелома.

Как понять график кривой напряжения-деформации предела текучести?

Чтобы получить визуальное представление предела текучести, вы можете разместить точки на кривой растяжения, но предел текучести — не единственное, что можно рассчитать и отобразить на этом графике. Ниже вы можете увидеть пример того, как это выглядит, и мы расскажем о других функциях, которые вы заметите.

Чтобы узнать больше, прочтите нашу статью о кривой напряжения-деформации.

Каковы различные способы объяснения графика предела текучести напряжение-деформация?

Предел текучести — это всего лишь одна точка на кривой растяжения-деформации. Вокруг этой точки находятся другие особенности, которые можно описать и измерить с помощью кривой растяжения-деформации. Эти точки интереса и области объяснены в списке ниже:

1. Точка доходности

Это момент, который показывает, когда начинается пластическая деформация, и дает производителям и инженерам представление о том, как материал выдержит прочность на растяжение. Когда вы сами построите график, вычислив формулу, вы обнаружите, что она существует там, где заканчивается линейная часть кривой напряжения-деформации и где начинается нелинейная часть. Интересно, что вы также заметите, что в некоторых материалах их два. предел текучести, как у мягкой стали.

2. Эластичный предел

Глядя на эту точку, вы узнаете максимальную величину деформации, которую может выдержать материал непосредственно перед тем, как он окончательно деформируется. Как только напряжение спадет, он вернется к своей первоначальной форме, но если вы преодолеете этот предел, произойдет деформация. Это последняя остановка на пути к деформации перед появлением предела текучести. 

3. Предел пропорциональности

Вы найдете эту точку в конце линейной части кривой напряжение-деформация, и она совпадает с точкой, когда напряжение и деформация больше не пропорциональны друг другу. Чтобы найти это число, вы должны использовать модуль Юнга, также известный как модуль упругости. 

4. Истинный предел эластичности

Эту точку используют нечасто, но она показывает, когда кристаллическая структура материала начинает смещаться под действием напряжения — особенно при минимальном напряжении, когда это начинает происходить. Причина, по которой его редко показывают или о нем слишком много думают, заключается в том, что его сложно обнаружить.

5. Верхняя и нижняя точки доходности

Верхний предел текучести показывает, когда кристаллическая решетка материала начинает обнаруживать дислокации в своей структуре, но на него сильно влияют даже малейшие воздействия деформации и используемого испытательного оборудования, поэтому он не совсем надежен, когда дело доходит до проектирования и инженерного выбора. Однако более низкий предел текучести гораздо легче повторить при испытаниях, и это период, когда полосы Людерса появляются в испытательном участке, непосредственно перед началом деформационного упрочнения.

6. Смещение предела текучести (проверочное напряжение)

Это также называется испытательным напряжением и является наиболее распространенным методом описания предела текучести материала. Вы можете найти его, нарисовав линию, параллельную линейной части кривой растяжения-деформации. Там, где эта точка и кривая напряжения-деформации пересекаются, находится предел текучести. 

Что означают образование шейки и разрушение при испытании на предел текучести?

Это не точки на кривой, а скорее вещи, которые могут случиться с материалом во время испытаний на предел текучести. Образование шейки — это форма деформации, которая возникает до того, как произойдет разрушение при пиковых уровнях инженерного напряжения, и обычно ограничивается определенной частью материала. Тогда произойдет перелом или разрыв. Как только произойдет образование шейки, напряжение уменьшится, поскольку площадь образца уменьшилась.

Какова важность предела текучести?

Предел текучести важен, поскольку он характеризует наибольшее напряжение, которое материал может выдержать до того, как произойдет необратимая деформация. Предел текучести материала часто используется инженерами для определения максимально допустимой нагрузки, которую может выдержать проектируемая деталь или конструкция. Зная предел текучести материала, инженеры могут создавать более безопасные и долговечные детали.

Какова формула предела текучести?

Чтобы рассчитать предел текучести, вы можете положиться на формулу, которая всегда используется для определения напряжения в целом. Ниже вы можете увидеть, как выглядит формула.

Символ F в этом уравнении обозначает приложенную силу, а A0 — площадь поперечного сечения испытуемого образца материала.

Значение обычно выражается в паскалях (Па), единице измерения напряжения в системе СИ, или в фунтах на квадратный дюйм (фунты на квадратный дюйм). Предел текучести обычно обозначается как σY, где используется греческая буква сигма, обозначающая инженерное напряжение, и Y, обозначающая текучесть. Вы также можете найти его написанным как SY.

Какова единица предела текучести?

Предел текучести обычно выражается в паскалях (Па), единице измерения напряжения в системе СИ, или в фунтах на квадратный дюйм (фунты на квадратный дюйм). 

Что означает предел текучести?

Обозначение предела текучести — σY. Греческая буква σ обозначает инженерное напряжение, а нижний индекс «Y» означает «выход». Иногда «SY» также используется для обозначения предела текучести.

Как определить предел текучести по графику напряжения-деформации?

Чтобы прочитать график предела текучести (кривую растяжения-деформации), сначала выберите значение напряжения на оси Y. Во-вторых, нарисуйте горизонтальную линию, которая проходит между выбранной точкой на оси Y и линией графика напряжения-деформации. В-третьих, отметьте точку пересечения нарисованной линии и графика предела текучести. Затем нарисуйте вертикальную линию, начинающуюся от отмеченной точки вниз к оси X. Точка, в которой вертикальная линия пересекает ось X, представляет собой деформацию, соответствующую выбранному напряжению на оси Y.

Каковы примеры предела текучести

Сравнение материалов часто может дать лучшее представление о том, как представлен предел текучести и как выглядят типичные значения — здесь мы привели несколько примеров:

1. Стали: Это будет зависеть от того, как сталь куется, формируется и создается, но горячекатаная сталь A36 колеблется в пределах 220 МПа, а стали, прошедшие закалку в масле или отпуск, могут иметь более высокое значение — до 1570 МПа.
2. Нержавеющая сталь: Диапазон для нержавеющих сталей может начинаться примерно с 250 МПа для аустенитной нержавеющей стали, тогда как дисперсионно-твердеющая нержавеющая сталь может иметь предел текучести до 1000 МПа.
3. Алюминиевые сплавы: Они, как правило, ниже, чем у стали, но выше, чем у пластика. Алюминий марки 1100 имеет средний предел текучести около 24 МПа, а алюминий марки 7075 — около 483 МПа. 
4. Пластик: В зависимости от пластика, с которым вы работаете, вы можете рассчитывать на предел текучести 4 МПа для чего-то вроде пластифицированного ПВХ и 300 МПа для полиамида, наполненного углеродным волокном.

Какое устройство используется для измерения предела текучести?

Для измерения предела текучести используется универсальная испытательная машина, также известная как машина для испытания на растяжение. Эти машины проводят испытания на растяжение, во время которых к испытуемому образцу прикладывается постоянно возрастающая растягивающая нагрузка, обычно с постоянной скоростью деформации. При приложении нагрузки напряжение и деформация, испытываемые испытуемым образцом, фиксируются в цифровом виде и отображаются на графике.  Напряжение отображается по оси Y, а деформация — по оси X. Предел текучести определяется путем создания параллельной линии, смещенной при положительной деформации 0,2% от линейной части графика напряжения-деформации. Напряжение в точке пересечения линии смещения и графика растяжения является пределом текучести материала.

Чтобы узнать больше, прочтите нашу статью о машине для испытаний на растяжение.

Кэт де Наум

Кэт де Наум — писатель, автор, редактор и специалист по контенту из Великобритании с более чем 20-летним писательским опытом. Кэт имеет опыт написания статей для различных производственных и технических организаций и любит мир техники. Помимо писательской деятельности, Кэт почти 10 лет работала помощником юриста, семь из которых занималась финансированием судов. Она писала для многих изданий, как печатных, так и онлайн. Кэт имеет степень бакалавра английской литературы и философии, а также степень магистра писательского мастерства в Кингстонском университете.

Прочтите другие статьи Кэт де Наум



Объяснение растягивающего напряжения:определение, формула, единицы измерения и практические примеры Четыре процесса 3D-печати металлами и их материалы:подробное руководство