Viden

Nøgleord: plasticitet, arealreduktion

 

Valg af passende materialer er en uundværlig del af produktudviklingsprocessen.

Selvom der er adskillige ydeevneparametre for materialer, tages materialernes mekaniske egenskaber primært i betragtning, såsom styrke og hårdhed. Især "styrke" betragtes ofte som den vigtigste parameter og er involveret i strukturel spændingsanalyse og -beregning.

Parametre som "brudforlængelse", der synes ubetydelige, deltager ikke i beregningen, og derfor (i hvert fald ikke på overfladen) synes denne parameter ikke at bidrage til produktdesignet.

Faktisk bruges brudforlængelse normalt som referenceindeks for designere til at vælge materialer. For eksempel om designeren kræver, at produktet har en vis grad af duktilitet, og om designeren kræver, at brud under ekstreme forhold skal være sprødt eller plastisk.

I lighed med "forlængelsen efter brud" A er "arealreduktionen" Z også en indikator til at bedømme materialers plasticitet.

Så spørgsmålet opstår: Når der allerede findes indikatorer til at bedømme materialers plasticitet, hvorfor så gøre sig ulejligheden med at skabe en "arealreduktion"? Det er ligesom, hvis Zhu Di allerede havde til hensigt i sit hjerte at lade Zhu Gaoxu arve tronen, hvorfor udnævnte han så Zhu Gaochi til kronprins? Kedede han sig bare, eller var der en skjult grund?

 

 

Forlængelsen efter brud er ikke perfekt.

Figur 1 Måling af forlængelse efter brud

Kendte venner med materialeprøvning ved, at "brudforlængelse" refererer til forholdet mellem forskellen mellem målelængden efter brud og den oprindelige målelængde i forhold til den oprindelige målelængde, dvs.:

A = (Lx - L0) / L0 Formel 1

Ud fra denne formel kan det ses, at når folk bruger formel 1 til at bedømme materialers plasticitet, ser de kun på den samlede længdeændring af forlængelsen efter brud, og de er fuldstændig ligeglade med prøvens form, når den går i stykker - uanset hvordan den går i stykker, så længe forlængelsen efter brud er lang nok, anser de materialets plasticitet for at være god nok.

Problemet ligger dog netop her.

Fra formel 1 kan vi også se, at udover målelængden Lx efter bruddet er den oprindelige målelængde L0 referenceparameteren til beregning af forlængelsen efter brud.

Med andre ord afhænger materialets brudforlængelse, og hvorvidt materialet har god plasticitet, af, hvad det sammenlignes med. Fra et brudforlængelseperspektiv bør det sammenlignes med den oprindelige målelængde. Derfor betyder det, at det er meget vigtigt at fastlægge specifikationen for valget af den oprindelige målelængde.

Lad os give et eksempel, så vennerne kan få en fornemmelse.

Af en valsetråd med en diameter på 10 mm skæres henholdsvis 1 m og 10 m lange stålstænger, og disse brækkes. Erfaring viser, at begge stålstænger vil få en halsdannelse og knække på et tidspunkt. Bortset fra brudområdet vil stålstængernes tværsnit i andre områder næsten ikke ændre sig, som vist i figur 2: jo længere væk fra halsdannelsesområdet, desto mindre er graden af tværsnitsændring, og det er netop størrelsesændringen i dette halsdannelsesområde, der er hovedårsagen til komponentens forlængelse.

Figur 2: Ingen signifikant ændring i diameter væk fra halsens indsnævringsområde

 

Det betyder, at når en 1 meter lang stålstang og en 10 meter lang stålstang hver især trækkes til brudpunktet, er deres forlængelser næsten den samme - det vil sige, at (Lx - L0) er den samme.

Derefter viser brudforlængelsen beregnet ud fra formel 1 og deres respektive oprindelige længder L0 en tifoldig forskel! Det er netop af denne grund, at relevante standarder fastsætter, at prøverne til måling af brudforlængelsen af materialer skal bearbejdes til en specificeret længde - det vil sige, at den oprindelige målelængde ikke kan ændres vilkårligt. For detaljer henvises til GB/T 228.1.

Dette synes også at antyde, at materialets forlængelse efter brud er relateret til prøvens størrelse. Dette bør dog ikke være tilfældet. Årsagen er, at uanset om vi taler om styrke, hårdhed eller endda forlængelse efter brud, bør de alle være iboende egenskaber ved materialet og bør ikke være relateret til størrelse.

Af de ovennævnte grunde er det også grunden til, at forlængelse efter brud A ofte skal markeres med prøvelængden, for eksempel refererer A5 til en målelængde på fem gange diameteren.

Det kan ses, at hvis materialets plasticitet vurderes ud fra brudforlængelsen, er det nødvendigt at kræve, at produktstørrelsen er stor nok til at bearbejde en bestemt prøvelængde. Denne størrelsesbegrænsning fører direkte til, at små produkter ikke kan bedømmes, om materialets plasticitet opfylder kravene, ved at teste brudforlængelsen.

Arealreduktionen kompenserer for denne mangel.

 

Arealreduktionen er bemærkelsesværdig

Figur 3 Bestemmelse af sektionsreduktionshastighed

For at beregne arealreduktionen er det først nødvendigt at måle prøvens oprindelige tværsnitsareal A0 og tværsnitsarealet Ax ved bruddet. Tag derefter forskellen mellem de to og divider den med A0, det vil sige:

Z = (A0 - Ax)A0 Formel 2

Ud fra denne formel kan det ses, at reduktionen af materialets areal ikke har nogen direkte sammenhæng med prøvens længde. Med andre ord, uanset hvor lang prøven er, kan reduktionen af arealet beregnes, så længe det oprindelige tværsnitsareal og tværsnitsarealet ved bruddet kan måles.

Da halsningsarealet ændrer sig på samme måde for den ovennævnte 1 m stålstang og 10 m stålstang, er deres tværsnitsreduktionshastigheder de samme.

Dette stemmer også overens med vores forståelse af materialeegenskaber - materialers ydeevneparametre bør være uafhængige af komponenternes størrelse.

Derudover måler arealreduktionen ændringen i tværsnitsarealet ved bruddet, hvilket kompenserer for manglen på forlængelse efter brud, som kun vurderer materialets plasticitet som helhed, mens den ignorerer lokal deformation. Ingeniører kan bruge disse to parametre til omfattende at evaluere materialets ydeevne.

 

Vigor har mere end 20 års erfaring og et professionelt team i produktion af støbegods, smedegods og CNC-bearbejdede dele. Vi ved, hvordan man forbedrer metaldeles ydeevne på forskellige materialer og forskellige metalstrukturer. Hvis du har spørgsmål, eller hvis der er dele, der skal udvikles, er du velkommen til at kontakte os på info@castings-forging.com