Limit rozciągliwości
Plastyczności ( angielski plastyczności , ) to parametr materiału i oznacza, że naprężenia mechaniczne , którym materiał sprężyście odkształcalne jest. Granica plastyczności opisuje szczególny przypadek granicy sprężystości z jednoosiowym i wolnym od momentu naprężeniem rozciągającym . Ponieważ łatwiej jest zmierzyć, większe znaczenie techniczne ma granica plastyczności.
- Jeśli granica plastyczności nie zostanie osiągnięta, materiał powraca elastycznie do swojego pierwotnego kształtu po usunięciu obciążenia
- Jeśli granica plastyczności jest przekroczona, pozostaje tworzywo sztuczne zmiana kształtu , tj wydłużenie w przypadku próbki na rozciąganie .
W przypadku wielu materiałów granica plastyczności w próbie rozciągania nie jest wyraźnie widoczna lub nie jest wyraźnie zaznaczona. B. naprężenie próbne 0,2% .
Pomiary
Granicę plastyczności należy określić za pomocą próby rozciągania .
Stosunek granicy plastyczności można obliczyć z granicy plastyczności, a wytrzymałość na rozciąganie również wyznaczoną w próbie rozciągania :
Daje to projektantowi informację o odległości między początkiem odkształcenia plastycznego a zniszczeniem materiału pod obciążeniem quasi-statycznym . Wartość odgrywa ważną rolę w połączeniach śrubowych , na przykład tam, gdzie generalnie pożądana jest wyższa wartość, ponieważ trwałe wydłużenie po obciążeniu oznaczałoby poluzowanie śruby.
Granica plastyczności (= równoważna granica plastyczności)
W przypadku materiałów technicznych zamiast granicy plastyczności podaje się zwykle granicę plastyczności 0,2% lub granicę sprężystości , ponieważ (w przeciwieństwie do granicy plastyczności) zawsze można ją jednoznacznie określić na podstawie wykresu naprężenie nominalne-całkowite wydłużenie (często w rzeczywistości chodzi o granicę plastyczności, jeśli określono granicę plastyczności). Naprężenie próbne 0,2% jest (jednoosiowym) naprężeniem mechanicznym, przy którym trwałe wydłużenie (tj. Wydłużenie plastyczne, stąd wskaźnik ), oparte na początkowej długości próbki, wynosi 0,2% po odciążeniu . W przypadku bardzo plastycznych materiałów, takich jak wiele tworzyw sztucznych , granicę plastyczności na poziomie 0,2% można określić tylko niedokładnie ze względu na lepkość plastyczną, a zamiast tego podaje się granicę plastyczności na poziomie 2%.
Przy wyższych obciążeniach albo dochodzi do dalszych odkształceń plastycznych, albo w przypadku materiałów o dużej kruchości następuje przekroczenie wytrzymałości na rozciąganie i pękanie .
Grupa materiałów | stop | 0,2% naprężenia próbnego w MPa |
---|---|---|
Stopy miedzi (wartości przybliżone) | E-Cu57 | 160 |
CuZn37 | 250 ... 340 | |
CuZn39Pb3 | 250 ... 340 | |
CuNi1, 5Si | 540 | |
Stopy magnezu (wartości przybliżone) | CP Mg | 40 |
AZ91 | 110 | |
AM60 | 130 | |
WE54 | 200 | |
MgZn6Zr | 250 | |
Stopy aluminium (wartości przybliżone) | Al99,5 | 40 |
AlMg1 | 100 | |
AlMg3 | 120 | |
AlMg4.5Mn | 150 | |
AlMgSi0,5 | 190 | |
AlCu4PbMgMn | 220 ... 250 | |
AlZnMgCu1.5 | 450 | |
AA 7175 | 525 | |
Stopy tytanu (wartości przybliżone) | CP Ti | 220 |
Ti-6Al-4V | 924 | |
Ti-6Al-2Fe-0,1Si | 960 | |
Ti-15Mo-3Nb-3Al-.2Si | 1400 | |
Stale konstrukcyjne | S235JR | 235 |
S275 | 275 | |
S355 | 355 | |
E360 | 360 | |
Stale nierdzewne (wartości typowe) | WNr. 1.4301 | 190 |
WNr. 1.4307 | 175 | |
Pręty zbrojeniowe | BSt 420 | 420 |
BSt 500 | 500 | |
BSt 550 | 550 | |
Stale sprężające | St 1370/1570 | 1370 |
St 1570/1770 | 1570 | |
Stale hartowane i odpuszczane | C22 | 340 |
C45 | 490 | |
C60 | 580 | |
42CrMo4 | 900 | |
34CrNiMo6 | 1000 | |
Stale do nawęglania | C10E | 430 |
16MnCr5 | 630 | |
18CrNiMo7-6 | 685 |
Przykład „lina górska”
Na przykład, jeśli lina wspinaczkowa wykonana z poliamidu („ nylonu ”) zostanie poddana naprężeniu, początkowo rozciągnie się o około 10%. W przypadku odciążenia jest ponownie skracany do swojej pierwotnej długości (rozciąganie sprężyste poniżej granicy plastyczności).
Jeśli lina jest mocniej obciążona i rozciąga się poza granicę plastyczności, nie będzie już całkowicie skracana nawet po zdjęciu obciążenia .
Jeśli jest jeszcze bardziej obciążony, w pewnym momencie zostanie przekroczony limit przepływu . Następnie pomimo stałej siły materiał zaczyna się zmieniać, płynie (= przegrupowanie łańcuchów molekularnych).
Wyraźna granica plastyczności
W przypadku chmur zanieczyszczeń , również Cottrellwolken, które zatrzymują się korzystnie w energetycznie korzystnych polach dystorsji wokół dyslokacji , może powstać wyraźna granica plastyczności. W szczególności występują następujące efekty graniczne plastyczności:
Górna granica plastyczności
Górna granica plastyczności (indeks = wysokie = wysoka, powyżej) jest spowodowana przez dyslokacje zerwania luźne i opuszczających międzywęzłowe obcych atom chmury. Następnie naprężenie w materiale spada do dolnej granicy plastyczności, a odkształcenie jest kontynuowane wraz z wydłużeniem Lüdersa.
Efekt ten występuje tylko w przypadku stali niestopowych o niskiej zawartości węgla.
Niższa granica plastyczności
Dolnej granicy plastyczności (indeks = niski = niskie, poniżej) jest wynikiem dyslokacji oderwanie w von Cottrell chmury . Te dyslokacje można teraz przesuwać ze znacznie mniejszą energią, ponieważ obce chmury atomów nie znajdują się już w zakresie zniekształceń dyslokacji. Efekt ten jest konsekwencją wystąpienia górnej granicy plastyczności i jednocześnie naprężenia nominalnego, przy którym następuje wydłużenie Lüdersa.
Rozciąganie Lüdera
Ponieważ odkształcenie Ludersa ε L (za Klausem Lüdersem ) jest wspomnianym komponentem odkształcenia plastycznego, który charakteryzuje się ruchem frontu przemieszczenia przez komponent lub próbkę przy stałym naprężeniu. Podczas odkształcenia Lüdersa naprężenie nominalne (a tym samym przyłożona siła) pozostaje prawie stałe w dolnej granicy plastyczności. Przód Lüdersa jest zwykle wyzwalany przez miejscowe nadmierne naprężenie ( karb , chropowatość powierzchni , przejście przekroju), a następnie przemieszcza się przez cały odcinek pomiarowy próbki lub do znacznego wzrostu przekroju. Linie odkształcenia widoczne na powierzchni elementu znane są jako pasma Lüdersa lub figury przepływu .
Efekt ten występuje w niestopowych i niskostopowych stalach eutektoidalnych , ale także w miedzi i stopach aluminium i jest niezależny od występowania górnej granicy plastyczności.
Jeśli próbka zostanie raz rozciągnięta poza zakres wydłużenia Lüdersa, to jeśli odkształcenie próbki zostanie powtórzone w odpowiednim czasie, nie będzie już występował efekt granicy plastyczności lub wydłużenie Lüdersa, ponieważ dyslokacje już oderwały się od obcych chmur atomów . Z tego powodu arkusze głęboko tłoczone są często wcześniej walcowane na zimno, aby zapobiec tworzeniu się kształtów płynięcia podczas faktycznego głębokiego tłoczenia.
literatura
- AH Cotrell : Wprowadzenie do metalurgii . Edward Arnold (wydawcy), Londyn 1967, zwłaszcza s. 286 i nast.
- Winfried Dahl : Właściwości mechaniczne . W: Association of German Ironworkers (Ed.): Material Science, Steel Volume 1: Fundamentals . Springer-Verlag, Berlin / Heidelberg / Nowy Jork / Tokio; Verlag Stahleisen , Düsseldorf 1984, s. 235–400.
- Klaus Lüders , Gebhard von Oppen: Bergmann Schaefer: Podręcznik fizyki eksperymentalnej Tom 1: Mechanika, akustyka, ciepło . 12., całkowicie przerobiony. Wydanie. de Gruyter, 2008.
Indywidualne dowody
- ↑ Stopy magnezu - wyroby wyciskane i odkuwki. W: Otto-Fuchs.com. Zarchiwizowane od oryginału w dniu 17 czerwca 2009 r . ; dostęp 16 maja 2019 r . (PDF; 446 kB)
- ^ Właściwości stopu aluminium AA 7175. efunda.com
- ↑ Arkusze danych materiałów Stal nierdzewna austenityczna chromowo-niklowa X5CrNI18-10 (PDF) dew-stahl.com
- ↑ Karty danych materiałów Nierdzewna austenityczna stal chromowo-niklowa o niskiej zawartości węgla X2CrNi18-9 (PDF) dew-stahl.com
- ↑ a b tec-science: Próba rozciągania w badaniach materiałów. W: tec-science. 13 lipca 2018, obejrzano 5 listopada 2019 (niemiecki).