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Welche Faktoren beeinflussen den Zugversuch von Metallmaterialien?

Der Zugversuch ist das häufigste Experiment bei der Prüfung der mechanischen Eigenschaften von Metallmaterialien. Es wird gesagt, dass der Zugversuch die grundlegenden Eigenschaften des Materials widerspiegelt, aber die Messergebnisse desselben Materials durch verschiedene Zugversuchsverfahren sind nicht unbedingt gleich. Welche Faktoren beeinflussen also den Zugversuch? Lass uns schauen.

Welche Faktoren beeinflussen den Zugversuch von Metallmaterialien?

1. Probenahmeort und Methode

Der Unterschied der Probenahmeposition beeinflusst direkt die Bruchdehnung, die Streckgrenze und die Zugfestigkeit des Metallmaterials im Zugversuch. Aufgrund der ungleichmäßigen Verteilung von Zusammensetzung, Organisation, Struktur, Fehlern, Verarbeitungsverformungen usw. in Metallwerkstoffen sind die mechanischen Eigenschaften verschiedener Teile derselben Charge oder sogar desselben Produkts unterschiedlich. Daher sollte die Probenahme strikt nach den Bestimmungen im Anhang der GB/T 228-2002 erfolgen. Außerdem ist beim Schneiden des Probenrohlings darauf zu achten, dass seine mechanischen Eigenschaften nicht durch Hitze, Kaltverfestigung und Verformung.

2. Form, Größe und Genauigkeit der Probe

Bei Metallwerkstoffen aus dem gleichen Material und im gleichen Zustand haben die Messergebnisse bei unterschiedlicher Querschnittsform einen größeren Einfluss auf die obere Streckgrenze und einen geringen Einfluss auf die untere Streckgrenze; die Zugfestigkeit der Probe mit großer Querschnittsfläche (große Größe) ist kleiner. Niedrig, und der Plastizitätsindex nimmt ebenfalls ab; die Parallelität und Maßhaltigkeit innerhalb der parallelen Länge der Probe kann die Prüfergebnisse leicht beeinflussen. Da der gemessene Größenwert der Probe möglicherweise nicht die kleinste Positionsgröße der tatsächlichen Probe ist, führt dies zu einem niedrigen Testergebnis. Daher müssen Form und Größe des Prüfkörpers gemäß der Norm ausgeführt werden.

3. Messgeräte

Die Genauigkeit von Maßmessgeräten und Messwerkzeugen muss den Prüfanforderungen genügen. Daher ist es erforderlich, verschiedene Messgeräte vor der Durchführung der Prüfung zu kalibrieren und gleichzeitig die Messgeräte sauber zu halten.

4.Testausrüstung

Prüfmaschine und Extensometer sind zwei Arten von Prüfgeräten, die häufig bei der Zugprüfung von Metallmaterialien verwendet werden und die Genauigkeit und Authentizität der Prüfergebnisse direkt beeinflussen. Ersteres wird verwendet, um den Kraftwert zu messen; letzteres wird hauptsächlich verwendet, um Verschiebung oder Dehnung zu messen. Daher ist während der Prüfung darauf zu achten, dass sich die Prüfmaschine und der Extensometer innerhalb des gültigen Eichzeitraums befinden und diese regelmäßig überprüfen.

5. Testumgebungstemperatur

Einige Metallmaterialien haben eine hohe Temperaturempfindlichkeit, selbst bei gewöhnlichen Metallmaterialien. Wenn die Testtemperatur zu unterschiedlich ist, kann dies zu inkonsistenten Testergebnissen führen. Im Allgemeinen nimmt die Streckgrenze von kubisch-raumzentrierten Metallen mit abnehmender Temperatur stark zu, während die Änderung von kubisch-flächenzentrierten Metallen nicht so offensichtlich ist. Mit steigender Temperatur nimmt die Streckgrenze von Metallwerkstoffen im Allgemeinen ab. Daher schreibt GB/T 228-2002 das Zugtestverfahren bei Raumtemperatur für metallische Werkstoffe vor, der Test sollte im Allgemeinen im Bereich von 10℃-35℃ bei Raumtemperatur durchgeführt werden. Die Prüftemperatur mit strengen Temperaturanforderungen sollte 23℃±5℃ betragen.

6.Der Einfluss der Auswahl von Klemmen und Probenklemmen

Eine falsche Auswahl von Klemmen, Probenklemmung und Be- und Entladen des Extensometers beeinflussen die Testergebnisse. Die Form von Klemme und Prüfling stimmt nicht überein und die Oberflächenbeschaffenheit der Klemme ist nicht geeignet, was zu einer ausreichenden Klemmfläche zwischen Klemme und Probe und unzureichender Haftreibung führt, was dazu führt, dass Klemme und Probe während den Dehnungsprozess. Es tritt ein relatives Gleiten auf, was das Dehnungsergebnis beeinflusst.

7. Klemmmethode

Die Einspannmethode der Probe ist für den Erfolg des Zugversuchs sehr wichtig. Wenn die Probe nicht eingespannt werden kann, kann die Prüfung nicht durchgeführt werden. Wenn die Spannmethode unangemessen ist, kann die Probe leicht in den Backen rutschen oder brechen, was zu ungenauen oder niedrigen Testdaten führt.

8. Dehnungsrate

Die Streckgeschwindigkeit beeinflusst direkt die Spannungs-Dehnungs-Beziehung von Metallmaterialien. Unterschiedliche Materialien haben eine unterschiedliche Empfindlichkeit gegenüber Geschwindigkeit und die Zuggeschwindigkeit hat unterschiedliche Auswirkungen auf verschiedene Materialien, aber sie hat einen größeren Einfluss auf Materialien mit geringer Festigkeit und guter Plastizität. GB/T 228-2002 schreibt das Raumtemperatur-Zugprüfverfahren für metallische Werkstoffe vor: „Im elastischen Bereich und bis zur oberen Streckgrenze sollte die Trenngeschwindigkeit des Spannfutters der Prüfmaschine möglichst konstant und innerhalb der spezifizierter Spannungsratenbereich (Material-Elastizitätsmodul E<150000N/mm2, Spannungsrate im Bereich von (2-20)N/mm2•s-1, Elastizitätsmodul E≥150000N/mm2, Spannungsrate in (6-60) N/mm2• s-1 Bereich) Wenn nur die untere Streckgrenze gemessen wird, sollte die Dehngeschwindigkeit während der Streckperiode der parallelen Länge der Probe zwischen 0.00025/s-0.0025/s liegen und die Dehngeschwindigkeit innerhalb der Parallellänge sollte möglichst konstant gehalten werden In Plastizität Der Bereich und die Dehnungsgeschwindigkeit bis zur angegebenen Festigkeit sollten 0.0025/s nicht überschreiten.

9. Bestimmung der Querschnittsfläche der Zugprobe

Zur Bestimmung der Querschnittsfläche von Zugproben gibt es zwei Methoden: Zum einen die Metallzugprüfmethode GB/T 228 und zum anderen die entsprechende Produktnorm des Werkstoffs. Einige Produktnormen schreiben eindeutig vor, dass die Querschnittsfläche der Zugprobe von der Nenngröße der Querschnittsfläche abhängig ist. Wenn in der Produktnorm keine solche besondere Anforderung enthalten ist, sollte die Norm GB/T 228 befolgt werden, um die tatsächliche Größe der Querschnittsfläche zu messen.

10. Messmethode der Stichprobengröße und Messung menschlicher Fehler

Je nach Durchmesser der Zugprobe sollte eine Bügelmessschraube, ein Messschieber oder ein Messschieber für rechteckige Proben gewählt werden. Wenn die Messmethode nicht genau ist, wird die Größenmessung künstlich zu groß. Aufgrund unterschiedlicher subjektiver Faktoren und Betriebstechniken werden auch Fehler in die Messergebnisse eingebracht.

Einige grundlegende Probleme

Bei den meisten metallischen Werkstoffen werden im elastischen Verformungsbereich Spannung und Dehnung proportional. Wenn die Spannung oder Dehnung kontinuierlich erhöht wird, ist die Dehnung an einem bestimmten Punkt nicht mehr proportional zur angelegten Spannung.

An diesem Punkt beginnt die Bindung mit dem benachbarten Anfangsatom zu brechen und wird in einen neuen Satz von Atomen umgewandelt. In diesem Fall kehrt das Material nach Abbau der Spannung nicht mehr in seinen ursprünglichen Zustand zurück, d. h. die Verformung ist dauerhaft und nicht wiederherstellbar und das Material gelangt in die plastische Verformungszone (Abbildung 1).

Tatsächlich ist es schwierig, den genauen Punkt zu bestimmen, an dem das Material von der elastischen Zone in die plastische Zone übergeht. Wie in Abbildung 2 gezeigt, wird eine parallele Linie mit einer Dehnung von 0.002 gezeichnet. Mit dieser Linie wird die Spannungs-Dehnungs-Kurve abgeschnitten und die Streckgrenze als Streckgrenze bestimmt. Die Streckgrenze ist gleich der Spannung, bei der eine signifikante plastische Verformung auftritt. Die meisten Materialien sind weder einheitlich noch perfekt ideale Materialien. Das Fließen von Material ist ein Prozess, der normalerweise von einer Kaltverfestigung begleitet wird, also ist es kein spezieller Punkt.

Bei den meisten Metallwerkstoffen sieht die Spannungs-Dehnungs-Kurve ähnlich der in Abbildung 3 gezeigten Kurve aus. Wenn die Belastung beginnt, steigt die Spannung von Null und die Dehnung linear an, bis das Material nachgibt und die Kurve beginnt, von der Linearität abzuweichen.

Erhöhen Sie die Spannung weiter und die Kurve erreicht ihren maximalen Wert. Der Maximalwert entspricht der Zugfestigkeit, dem maximalen Spannungswert der Kurve, dargestellt durch M in der Abbildung. Die Bruchstelle ist die Stelle, an der das Material schließlich bricht, in der Abbildung durch F dargestellt.

Die typische Spannungs-Dehnungs-Prüfvorrichtung und die Geometrie des Prüflings sind in Bild 4 dargestellt. Während des Zugversuchs wird der Prüfling langsam gezogen und dabei die Längenänderungen und die aufgebrachte Kraft erfasst und die Kraft-Weg-Kurve aufgezeichnet. Die Spannungs-Dehnungs-Kurve kann unter Verwendung von Informationen wie der ursprünglichen Länge, Messlänge und Querschnittsfläche der Probe erstellt werden.

Für Materialien, die einer plastischen Zugverformung unterzogen werden können, werden am häufigsten zwei Arten von Kurven verwendet: die ingenieurtechnische Dehnungskurve und die wahre spannungsgetreue Dehnungskurve. Der Unterschied zwischen ihnen liegt in der Fläche, die bei der Berechnung der Spannung verwendet wird. Ersteres verwendet die Anfangsfläche der Probe, und letzteres verwendet die Echtzeit-Querschnittsfläche während des Streckvorgangs. Daher ist auf der Spannungs-Dehnungs-Kurve die wahre Spannung im Allgemeinen höher als die technische Spannung.

Es gibt zwei gängigste Dehnungskurven: Die eine ist die Dehnungskurve mit einer offensichtlichen Streckgrenze; die zweite ist die Streckkurve ohne offensichtliche Streckgrenze. Die Streckgrenze stellt den Widerstand des Metalls gegen die anfängliche plastische Verformung dar. Dies ist einer der wichtigsten mechanischen Leistungsindikatoren in der Maschinenbautechnik.

Wie definiert man die plastische Verformung des tatsächlichen Metalls im Projekt?

Der Betrag der verbleibenden plastischen Verformung ist eine wichtige Grundlage. Üblicherweise wird der Widerstand des technischen Metalls bei einem bestimmten Rest plastischer Verformung künstlich als Streckgrenze bezeichnet, die auch als bedingte Streckgrenze bezeichnet wird. Das heißt, wenn es keine offensichtliche plastische Streckgrenze gibt, gibt es keine offensichtliche Streckgrenze. Wenn Sie die Streckgrenze des tatsächlichen Metalls wissen möchten, benötigen Sie eine Beurteilungsbedingung, daher gibt es eine bedingte Streckgrenze.

Bei verschiedenen Metallbauteilen ist die Restverformung entsprechend der bedingten Streckgrenze unterschiedlich. Bei einigen rauen Metallkomponenten sollte die Restverformung gering sein, während die entsprechende Restverformung beim Nachgeben der gewöhnlichen Metallkomponente relativ groß ist. Die gebräuchliche Restverformung beträgt 0.01 %, 0.05 %, 0.1 %, 0.2 %, 0.5 % und 1.0 %.

Die Streckgrenze des Metalls ist das Ergebnis der Versetzungsbewegung, so dass die Streckgrenze des Metalls durch den Widerstand der Versetzungsbewegung bestimmt wird. Für reine Metalle umfasst es den Gitterwiderstand, den Versetzungswechselwirkungswiderstand und den Versetzungswechselwirkungswiderstand mit anderen Defekten oder Strukturen.

Der gerade Linienabschnitt auf der Dehnungskurve, dh die dem elastischen Anteil entsprechende Fläche, ist die elastische Energie. Vom Beginn der elastischen Verformung bis zum Bruch wird die von der Probe absorbierte Gesamtenergie als Brucharbeit bezeichnet, und die vom Metall vor dem Bruch absorbierte Energie wird als Bruchzähigkeit bezeichnet. Mit dem eigentlichen Metall gehen in der Regel während des Reckvorgangs Veränderungen der mechanischen Eigenschaften einher. Das bekannteste Phänomen ist die Kaltverfestigung. Die Kaltverfestigung von Metall ist vorteilhaft, um ein plötzliches Brechen tatsächlicher technischer Komponenten bei Überlastung mit katastrophalen Folgen zu vermeiden.

Die plastische Verformung von Metall und die Verformungshärtung sind die Voraussetzungen für eine gleichmäßige plastische Verformung von Metallen. Dies bedeutet, dass in polykristallinen Metallen, bei denen plastische Verformung auftritt, die plastische Verformung unterdrückt wird und die Verformung auf andere weitere Komponenten übertragen wird. Einfacher Ort.

Aus der tatsächlichen Zugkurve geht hervor, dass, nachdem die meisten Metalle bei Raumtemperatur nachgeben, die Verformung unter der Wirkung der Streckspannung nicht fortgesetzt wird, und der Widerstand muss erhöht werden, um die Verformung fortzusetzen. Auf der wahren Spannungs-Dehnungs-Kurve zeigt sich, dass die Fließspannung weiter ansteigt und das Phänomen der Kaltverfestigung auftritt. Eine solche Kurve wird als Kaltverfestigungskurve bezeichnet. Der Kaltverfestigungsindex n ist ein wichtiger plastischer Index, der die Fähigkeit des Materials darstellt, einer fortgesetzten Verformung zu widerstehen.

Sprechen Sie schließlich über die Dehnungsrate. Im Allgemeinen werden die Zugkurven der getesteten Metallmaterialien durch Testen bei einer niedrigeren Dehnungsrate erhalten. Lediglich einige spezielle Metallbauteile müssen auf ihre mechanischen Eigenschaften bei einer höheren Dehnrate getestet werden, also Bauteile, die einer Hochgeschwindigkeitsverformung unterliegen. Unter normalen Raumtemperaturbedingungen wird die Dehnungsrate gedehnt, und die Verformung des Materials ist hauptsächlich das Gleiten oder Zwillingsbildung von Versetzungen.

Auf der Zugkurve, d. h. die maximale technische Spannung auf der technischen Dehnungs-Dehnungskurve, wird die Zugfestigkeit genannt, dh die Zugfestigkeit.

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