Предел прочности на разрыв (UTS ), часто сокращается до прочности на разрыв (TS), предел прочности, или в уравнениях, это максимальное напряжение, которое может выдержать материал при растяжении или вытащил перед поломкой В хрупких материалах предел прочности на растяжение близок к пределу текучести, тогда как в пластичных материалах предел прочности на растяжение может быть выше.
Предел прочности при растяжении обычно определяется путем выполнения испытания на растяжение и регистрации инженерного напряжения по сравнению с деформацией. Наивысшая точка кривой напряжение-деформация - это предел прочности при растяжении и единицы измерения напряжения.
Прочность на растяжение редко используется при проектировании пластичных элементов, но они важны для хрупких элементов. Они сведены в таблицу для обычных материалов, таких как сплавы, композитные материалы, керамика, пластмассы и дерево.
Предел прочности материала при растяжении - это интенсивное свойство ; поэтому его значение не зависит от размера испытуемого образца. Однако, в зависимости от материала, это может зависеть от других факторов, таких как подготовка образца, наличие или отсутствие поверхностных дефектов, а также температура испытательной среды и материала.
Некоторые материалы ломаются очень резко, без пластической деформации, что называется хрупким разрушением. Другие, более пластичные, включая большинство металлов, испытывают некоторую пластическую деформацию и, возможно, образование шейки перед разрушением.
Прочность на разрыв определяется как напряжение, которое измеряется как сила на единицу площади. Для некоторых неоднородных материалов (или для собранных компонентов) это может быть выражено как сила или как сила на единицу ширины. В Международной системе единиц (СИ) единицей измерения является паскаль (Па) (или кратное ему, часто мегапаскали (МПа), с использованием префикса СИ мега); или, что эквивалентно паскалям, ньютонов на квадратный метр (Н / м²). Обычная единица измерения в США - фунтов на квадратный дюйм (фунт / дюйм² или psi) или килограмм на квадратный дюйм (ksi, а иногда и kpsi), что равно 1000. psi; килограммы на квадратный дюйм обычно используются в одной стране (США) при измерении прочности на разрыв.
Многие материалы могут демонстрировать линейное упругое поведение, заданное линейной зависимостью напряжение-деформация, как показано на рисунке 1 до точки 3. Упругое поведение материалов часто распространяется в нелинейную область, представленную на рисунке 1 точкой 2 («предел текучести "), до которого деформации полностью восстанавливаются после снятия нагрузки; то есть образец, нагруженный упруго при растяжении, будет удлинен, но вернется к своей исходной форме и размеру, когда без нагрузки. За пределами этой упругой области для пластичных материалов, таких как сталь, деформации пластические. Пластическая деформация Образец med не полностью возвращается к своему первоначальному размеру и форме после разгрузки. Для многих приложений пластическая деформация недопустима и используется в качестве конструктивного ограничения.
После предела текучести пластичные металлы подвергаются периоду деформационного упрочнения, в котором напряжение снова увеличивается с увеличением деформации, и они начинают шейку, поскольку площадь поперечного сечения образец уменьшается из-за пластического течения. В достаточно пластичном материале, когда образование шейки становится существенным, это вызывает изменение инженерной кривой напряжения-деформации (кривая A, рисунок 2); это связано с тем, что инженерное напряжение рассчитывается исходя из первоначальной площади поперечного сечения до образования шейки. Точка разворота - это максимальное напряжение на инженерной кривой «напряжение – деформация», а координата инженерного напряжения этой точки - это предел прочности на растяжение, определяемый точкой 1.
Предел прочности на растяжение не используется при проектировании пластичные статические элементы, поскольку методы проектирования требуют использования предела текучести. Однако он используется для контроля качества из-за простоты тестирования. Он также используется для приблизительного определения типов материалов для неизвестных образцов.
Предел прочности на растяжение является обычным инженерным параметром для конструктивных элементов, изготовленных из хрупкого материала, поскольку такие материалы не имеют предела текучести.
Как правило, испытание включает взятие небольшого образца с фиксированной площадью поперечного сечения, а затем его вытягивание с помощью тензометра при постоянной деформации (изменение измерительной длины, деленное на начальную калибровочной длины), пока образец не разорвется.
При испытании некоторых металлов твердость при вдавливании линейно коррелирует с пределом прочности на разрыв. Это важное соотношение позволяет проводить экономически важные неразрушающие испытания объемных поставок металла с помощью легкого, даже портативного оборудования, такого как портативные твердомеры по Роквеллу. Эта практическая корреляция помогает обеспечению качества в металлообрабатывающей промышленности выходить далеко за рамки лаборатории и универсальных испытательных машин.
Материал | Предел текучести. (МПа) | Предел прочности при растяжении. (МПа) | Плотность. (г / см³) |
---|---|---|---|
Сталь, конструкционная ASTM Сталь A36 | 250 | 400–550 | 7,8 |
Сталь 1090, мягкая | 247 | 841 | 7,58 |
Хромованадиевая сталь AISI 6150 | 620 | 940 | 7,8 |
Сталь 2800 Мартенситностареющая сталь | 2617 | 2693 | 8,00 |
Сталь, AerMet 340 | 2160 | 2430 | 7,86 |
Сталь, Sandvik Sanicro 36Mo для каротажных кабелей, прецизионная проволока | 1758 | 2070 | 8,00 |
Сталь, AISI 4130, закалка в воде 855 ° C (1570 ° F), 480 Температура ° C (900 ° F) | 951 | 1110 | 7,85 |
Сталь, API 5L X65 | 448 | 531 | 7,8 |
Ste el, высокопрочный сплав ASTM A514 | 690 | 760 | 7,8 |
Акрил, прозрачный литой лист (PMMA) | 72 | 87 | 1,16 |
Высокий полиэтилен плотности (HDPE) | 26–33 | 37 | 0,85 |
Полипропилен | 12–43 | 19,7–80 | 0,91 |
Сталь нержавеющая AISI 302 - холоднокатаная | 520 | 860 | 8,19 |
Чугун 4,5% C, ASTM A-48 | 130 | 200 | 7.3 |
"Liquidmetal "сплав | 1723 | 550–1600 | 6.1 |
Бериллий 99,9% Be | 345 | 448 | 1,84 |
Алюминиевый сплав 2014-T6 | 414 | 483 | 2,8 |
Полиэфирная смола (неармированная) | 55 | 55 | |
Полиэфирный ламинат и мат из рубленых прядей 30% E-стекло | 100 | 100 | |
S -Стеклянный эпоксидный композит | 2358 | 2358 | |
Алюминиевый сплав 6061-T6 | 241 | 300 | 2,7 |
Медь 99,9% Cu | 70 | 220 | 8,92 |
Купроникель 10% Ni, 1,6% Fe, 1% Mn, остальное Cu | 130 | 350 | 8.94 |
Латунь | 200 + | 500 | 8,73 |
Вольфрам | 941 | 1510 | 19,25 |
Стекло | 33 | 2,53 | |
E-Glass | Н / Д | 1500 для ламинатов,. 3450 для одних волокон | 2,57 |
S-стекло | N/A | 4710 | 2,48 |
базальт волокно | н / д | 4840 | 2,7 |
мрамор | н / п | 15 | 2,6 |
бетон | н / д | 2–5 | 2,7 |
Углеродное волокно | Н / Д | 1600 для ламинатов,. 4137 для одних волокон | 1,75 |
Углеродное волокно (Toray T1100G) (самые прочные искусственные волокна) | только 7000 волокон | 1,79 | |
Человеческие волосы | 140–160 | 200–250 | |
Бамбук | 350–500 | 0,4 | |
Шелк паука (см. Примечание ниже) | 1000 | 1,3 | |
Шелк паука, Дарвиновский корный паук | 1652 | ||
шелкопряд шелк | 500 | 1,3 | |
арамид (кевлар или тварон ) | 3620 | 3757 | 1,44 |
СВМПЭ | 24 | 52 | 0,97 |
волокна СВМПЭ (Dyneema или Spectra) | 2300–3500 | 0,97 | |
Вектран | 2850–3340 | ||
Полибензоксазол (Зилон) | 2700 | 5800 | 1,56 |
Древесина, сосна (параллельно волокну) | 40 | ||
Кость (конечность) | 104–121 | 130 | 1,6 |
нейлон, формованный, тип 6/6 | 450 | 750 | 1,15 |
Нейлоновое волокно, вытяжное | 900 | 1,13 | |
Эпоксидный клей | – | 12–30 | – |
Резина | – | 16 | |
Бор | Н / Д | 3100 | 2,46 |
Кремний, монокристаллический (m-Si) | Н / Д | 7000 | 2,33 |
Сверхчистый кремнезем стекловолокно | 4100 | ||
Сапфир (Al 2O3) | 400 при 25 ° C, 275 при 500 ° C, 345 при 1000 ° C | 1900 | 3,9–4,1 |
Нанотрубка из нитрида бора | Н / Д | 33000 | 2,62 |
Алмаз | 1600 | 2800 | 3,5 |
Графен | N/A | внутренняя 130000; инженерное дело 50000-60000 | 1.0 |
Первая углеродная нанотрубка веревки | ? | 3600 | 1.3 |
Углеродная нанотрубка (см. примечание ниже) | Н / Д | 11000–63000 | 0,037–1,34 |
Композиты из углеродных нанотрубок | Н / Д | 1200 | Н / П |
Высокопрочная пленка из углеродных нанотрубок | Н / П | 9600 | Н / П |
Железо (чистое монокристаллическое) | 3 | 7,874 | |
Limpet Patella vulgata зубы (Goethite) | 4900. 3000–6500 |
Элемент | . модуля. (ГПа) | (ГПа) | элементов. Предел текучести. (МПа) | Предел прочности.. (МПа) |
---|---|---|---|---|
кремний | 107 | 5000–9000 | ||
вольфрам | 411 | 550 | 550–620 | |
железо | 211 | 80–100 | 350 | |
титан | 120 | 100–225 | 246–370 | |
медь | 130 | 117 | 210 | |
тантал | 186 | 180 | 200 | |
олово | 47 | 9–14 | 15–200 | |
цинк сплав | 85–105 | 200–400 | 200–400 | |
никель | 170 | 140–350 | 140–195 | |
серебро | 83 | 170 | ||
золото | 79 | 100 | ||
алюминий | 70 | 15–20 | 40–50 | |
свинец | 16 | 12 |