Предел прочности на разрыв

редактировать
Максимальное напряжение, которое выдерживает растянутый / растянутый материал перед разрушением

Две тиски прикладывают напряжение к образцу, потянув за него, растягивая образец до тех пор, пока он не сломается. Максимальное напряжение, которое он выдерживает перед разрушением, является его пределом прочности на разрыв.

Предел прочности на разрыв (UTS ), часто сокращается до прочности на разрыв (TS), предел прочности, или F tu {\ displaystyle F _ {\ text {tu}}}{\ displaystyle F _ {\ text {tu}}} 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.

Содержание

  • 1 Определение
    • 1.1 Пластичные материалы
  • 2 Испытания
  • 3 Типичные значения прочности на разрыв
  • 4 См. Также
  • 5 Ссылки
  • 6 Дополнительная литература

Определение

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.

Пластичные материалы

рис. 1: «Конструктивная» кривая деформации (σ – ε), типичная для алюминия. 1. Абсолютная сила. 2. Предел текучести. 3. Пропорциональное предельное напряжение. 4. Перелом. 5. Деформация смещения (обычно 0,2%) рис. 2: «Расчетная» (красный) и «истинная» (синяя) кривая напряжения-деформации типичная для конструкционной стали.

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.

Испытания

Образец круглого стержня после испытания на растяжение Образцы алюминия для испытания на растяжение после разрушения Сторона «чашка» характерной картины разрушения «чашка-конус» Некоторые части имеют форму «чашечки», а некоторые - форма «конуса»

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.

Типичные значения прочности на разрыв

Типичные значения прочности на разрыв некоторых материалов
МатериалПредел текучести. (МПа)Предел прочности при растяжении. (МПа)Плотность. (г / см³)
Сталь, конструкционная ASTM Сталь A36 250400–5507,8
Сталь 1090, мягкая2478417,58
Хромованадиевая сталь AISI 61506209407,8
Сталь 2800 Мартенситностареющая сталь 261726938,00
Сталь, AerMet 340216024307,86
Сталь, Sandvik Sanicro 36Mo для каротажных кабелей, прецизионная проволока175820708,00
Сталь, AISI 4130, закалка в воде 855 ° C (1570 ° F), 480 Температура ° C (900 ° F)95111107,85
Сталь, API 5L X654485317,8
Ste el, высокопрочный сплав ASTM A514 6907607,8
Акрил, прозрачный литой лист (PMMA)72871,16
Высокий полиэтилен плотности (HDPE)26–33370,85
Полипропилен 12–4319,7–800,91
Сталь нержавеющая AISI 302 - холоднокатаная5208608,19
Чугун 4,5% C, ASTM A-481302007.3
"Liquidmetal "сплав1723550–16006.1
Бериллий 99,9% Be3454481,84
Алюминиевый сплав 2014-T64144832,8
Полиэфирная смола (неармированная) 5555
Полиэфирный ламинат и мат из рубленых прядей 30% E-стекло 100100
S -Стеклянный эпоксидный композит 23582358
Алюминиевый сплав 6061-T62413002,7
Медь 99,9% Cu702208,92
Купроникель 10% Ni, 1,6% Fe, 1% Mn, остальное Cu1303508.94
Латунь 200 +5008,73
Вольфрам 941151019,25
Стекло332,53
E-Glass Н / Д1500 для ламинатов,. 3450 для одних волокон2,57
S-стекло N/A47102,48
базальт волокно н / д48402,7
мрамор н / п152,6
бетонн / д2–52,7
Углеродное волокно Н / Д1600 для ламинатов,. 4137 для одних волокон1,75
Углеродное волокно (Toray T1100G) (самые прочные искусственные волокна)только 7000 волокон1,79
Человеческие волосы 140–160200–250
Бамбук 350–5000,4 ​​
Шелк паука (см. Примечание ниже)10001,3
Шелк паука, Дарвиновский корный паук 1652
шелкопряд шелк5001,3
арамид (кевлар или тварон )362037571,44
СВМПЭ 24520,97
волокна СВМПЭ (Dyneema или Spectra)2300–35000,97
Вектран 2850–3340
Полибензоксазол (Зилон)270058001,56
Древесина, сосна (параллельно волокну)40
Кость (конечность)104–1211301,6
нейлон, формованный, тип 6/64507501,15
Нейлоновое волокно, вытяжное9001,13
Эпоксидный клей 12–30
Резина16
Бор Н / Д31002,46
Кремний, монокристаллический (m-Si)Н / Д70002,33
Сверхчистый кремнезем стекловолокно4100
Сапфир (Al 2O3)400 при 25 ° C, 275 при 500 ° C, 345 при 1000 ° C19003,9–4,1
Нанотрубка из нитрида бора Н / Д330002,62
Алмаз160028003,5
Графен N/Aвнутренняя 130000; инженерное дело 50000-600001.0
Первая углеродная нанотрубка веревки?36001.3
Углеродная нанотрубка (см. примечание ниже)Н / Д11000–630000,037–1,34
Композиты из углеродных нанотрубокН / Д1200Н / П
Высокопрочная пленка из углеродных нанотрубокН / П9600Н / П
Железо (чистое монокристаллическое)37,874
Limpet Patella vulgata зубы (Goethite)4900. 3000–6500
^aМногие значения зависят от производственного процесса, чистоты или состава.
^bМногослойные. углеродные нанотрубки имеют самый высокий предел прочности на разрыв из всех когда-либо измеренных материалов: одно измерение составляет 63 ГПа, что все еще значительно ниже теоретического значения 300 ГПа. Первые жгуты из нанотрубок (длина 20 мм), предел прочности которых был опубликован (в 2000 г.), имели прочность 3,6 ГПа. Плотность зависит от метода производства, и наименьшее значение составляет 0,037 или 0,55 (твердый).
^cПрочность паучьего шелка сильно варьируется. Это зависит от многих факторов, включая вид шелка (каждый паук может производить несколько для разных целей), вид, возраст шелка, температура, влажность, скорость, с которой прикладывается нагрузка во время тестирования, прикладываемое напряжение длины и способ изготовления шелка. собранные (принудительное шелушение или натуральное прядение). Значение, указанное в таблице, 1000 МПа, примерно соответствует результатам нескольких исследований с участием нескольких разных видов пауков, однако конкретные результаты сильно различались.
^dПрочность человеческого волоса зависит от этнической принадлежности и химического воздействия.
Типичные свойства для отожженных элементов
Элемент. модуля. (ГПа)(ГПа)элементов. Предел текучести. (МПа)Предел прочности.. (МПа)
кремний 1075000–9000
вольфрам 411550550–620
железо21180–100350
титан 120100–225246–370
медь130117210
тантал 186180200
олово 479–1415–200
цинк сплав85–105200–400200–400
никель 170140–350140–195
серебро83170
золото79100
алюминий7015–2040–50
свинец1612

См. Также

Ссылки

Дополнительная литература

Последняя правка сделана 2021-06-20 10:02:53
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте