धातु सामग्रीहरूको यान्त्रिक गुणहरूको सारांश

स्ट्रेचिङ प्रक्रियाको क्रममा धातु सामग्रीहरूको क्षति प्रतिरोध गर्ने क्षमता निर्धारण गर्न मुख्यतया शक्तिको तन्य परीक्षण प्रयोग गरिन्छ, र यो सामग्रीहरूको मेकानिकल गुणहरूको मूल्याङ्कन गर्ने महत्त्वपूर्ण सूचकहरू मध्ये एक हो।

१. तन्यता परीक्षण

तन्य परीक्षण सामग्री मेकानिक्सको आधारभूत सिद्धान्तहरूमा आधारित छ। निश्चित परिस्थितिहरूमा सामग्री नमूनामा तन्य भार लागू गरेर, यसले नमूना नटुटेसम्म तन्य विकृति निम्त्याउँछ। परीक्षणको क्रममा, विभिन्न भारहरू अन्तर्गत प्रयोगात्मक नमूनाको विकृति र नमूना टुटेको अधिकतम भार रेकर्ड गरिन्छ, ताकि सामग्रीको उपज शक्ति, तन्य शक्ति र अन्य कार्यसम्पादन सूचकहरू गणना गर्न सकियोस्।

तनाव σ = F/A

σ भनेको तन्य शक्ति (MPa) हो

F तन्य भार (N) हो।

A नमूनाको क्रस-सेक्शनल क्षेत्र हो।

२. तन्य वक्र

स्ट्रेचिङ प्रक्रियाका धेरै चरणहरूको विश्लेषण:

a. सानो भार भएको OP चरणमा, लम्बाइ भारसँग रेखीय सम्बन्धमा हुन्छ, र Fp सिधा रेखा कायम राख्नको लागि अधिकतम भार हो।

b. भार Fp भन्दा बढी भएपछि, तन्य वक्रले गैर-रैखिक सम्बन्ध लिन थाल्छ। नमूना प्रारम्भिक विरूपण चरणमा प्रवेश गर्छ, र भार हटाइन्छ, र नमूना आफ्नो मूल अवस्थामा फर्कन सक्छ र लोचदार रूपमा विकृत हुन सक्छ।

c. भार Fe भन्दा बढी भएपछि, भार हटाइन्छ, विकृतिको केही भाग पुनर्स्थापित गरिन्छ, र अवशिष्ट विकृतिको केही भाग कायम राखिन्छ, जसलाई प्लास्टिक विकृति भनिन्छ। Fe लाई लोचदार सीमा भनिन्छ।

घ. जब भार अझ बढ्छ, तन्य वक्रले काठको दाँत देखाउँछ। जब भार बढ्दैन वा घट्दैन, प्रयोगात्मक नमूनाको निरन्तर लम्बाइको घटनालाई यिल्डिंग भनिन्छ। यिल्डिंग पछि, नमूना स्पष्ट प्लास्टिक विकृतिबाट गुज्रन थाल्छ।

e. उत्पादन पछि, नमूनाले विकृति प्रतिरोध, कार्य कडापन र विकृति सुदृढीकरणमा वृद्धि देखाउँछ। जब भार Fb मा पुग्छ, नमूनाको उही भाग तीव्र रूपमा संकुचित हुन्छ। Fb शक्ति सीमा हो।

f. संकुचन घटनाले नमूनाको वहन क्षमतामा कमी ल्याउँछ। जब भार Fk मा पुग्छ, नमूना टुट्छ। यसलाई फ्र्याक्चर लोड भनिन्छ।

उत्पादन शक्ति

उपज शक्ति भनेको प्लास्टिक विकृतिको सुरुवातदेखि बाह्य बलको अधीनमा हुँदा पूर्ण फ्र्याक्चरसम्म धातु सामग्रीले सामना गर्न सक्ने अधिकतम तनाव मान हो। यो मानले महत्वपूर्ण बिन्दुलाई चिन्ह लगाउँछ जहाँ सामग्री लोचदार विकृति चरणबाट प्लास्टिक विकृति चरणमा संक्रमण हुन्छ।

वर्गीकरण

माथिल्लो उपज शक्ति: पहिलो पटक उपज हुँदा बल घट्नु अघि नमूनाको अधिकतम तनावलाई जनाउँछ।

कम उपज शक्ति: प्रारम्भिक क्षणिक प्रभावलाई बेवास्ता गर्दा उपज चरणमा न्यूनतम तनावलाई जनाउँछ। कम उपज बिन्दुको मान अपेक्षाकृत स्थिर भएकोले, यसलाई सामान्यतया सामग्री प्रतिरोधको सूचकको रूपमा प्रयोग गरिन्छ, जसलाई उपज बिन्दु वा उपज शक्ति भनिन्छ।

गणना सूत्र

माथिल्लो उपज शक्तिको लागि: R = F / Sₒ, जहाँ F उपज चरणमा पहिलो पटक बल घट्नु अघिको अधिकतम बल हो, र Sₒ नमूनाको मूल क्रस-सेक्शनल क्षेत्र हो।

कम उपज शक्तिको लागि: R = F / Sₒ, जहाँ F प्रारम्भिक क्षणिक प्रभावलाई बेवास्ता गर्ने न्यूनतम बल F हो, र Sₒ नमूनाको मूल क्रस-सेक्शनल क्षेत्र हो।

एकाइ

उपज शक्तिको एकाइ सामान्यतया MPa (मेगापास्कल) वा N/mm² (न्यूटन प्रति वर्ग मिलिमिटर) हुन्छ।

उदाहरण

उदाहरणको रूपमा कम कार्बन स्टीललाई लिनुहोस्, यसको उत्पादन सीमा सामान्यतया २०७MPa हुन्छ। यो सीमाभन्दा बढी बाह्य बलको अधीनमा हुँदा, कम कार्बन स्टीलले स्थायी विकृति उत्पादन गर्नेछ र पुनर्स्थापित गर्न सकिँदैन; यो सीमाभन्दा कम बाह्य बलको अधीनमा हुँदा, कम कार्बन स्टील आफ्नो मूल अवस्थामा फर्कन सक्छ।

धातु सामग्रीहरूको यान्त्रिक गुणहरूको मूल्याङ्कन गर्ने महत्त्वपूर्ण सूचकहरू मध्ये एक उपज शक्ति हो। यसले बाह्य शक्तिहरूको अधीनमा हुँदा प्लास्टिक विकृति प्रतिरोध गर्ने सामग्रीको क्षमतालाई प्रतिबिम्बित गर्दछ।

तन्य शक्ति

तन्य शक्ति भनेको तन्य भार अन्तर्गत क्षतिको प्रतिरोध गर्ने सामग्रीको क्षमता हो, जुन विशेष गरी तन्य प्रक्रियाको क्रममा सामग्रीले सहन सक्ने अधिकतम तनाव मानको रूपमा व्यक्त गरिन्छ। जब सामग्रीमा तन्य तनाव यसको तन्य शक्ति भन्दा बढी हुन्छ, सामग्री प्लास्टिक विकृति वा फ्र्याक्चरबाट गुज्रन्छ।

गणना सूत्र

तन्य शक्ति (σt) को गणना सूत्र यस प्रकार छ:

σt = एफ / ए

जहाँ F भनेको नमूनाले भाँच्नु अघि सहन सक्ने अधिकतम तन्य बल (न्यूटन, N) हो, र A भनेको नमूनाको मूल क्रस-सेक्शनल क्षेत्र (वर्ग मिलिमिटर, mm²) हो।

एकाइ

तन्य शक्तिको एकाइ सामान्यतया MPa (मेगापास्कल) वा N/mm² (न्यूटन प्रति वर्ग मिलिमिटर) हुन्छ। १ MPa प्रति वर्ग मीटर १,०००,००० न्यूटन बराबर हुन्छ, जुन १ N/mm² पनि बराबर हुन्छ।

प्रभाव पार्ने कारकहरू

रासायनिक संरचना, सूक्ष्म संरचना, ताप उपचार प्रक्रिया, प्रशोधन विधि, आदि सहित धेरै कारकहरूले तन्य शक्तिलाई असर गर्छ। विभिन्न सामग्रीहरूमा फरक-फरक तन्य शक्ति हुन्छ, त्यसैले व्यावहारिक अनुप्रयोगहरूमा, सामग्रीहरूको यान्त्रिक गुणहरूको आधारमा उपयुक्त सामग्रीहरू चयन गर्न आवश्यक छ।

व्यावहारिक प्रयोग

सामग्री विज्ञान र इन्जिनियरिङको क्षेत्रमा तन्य शक्ति एक धेरै महत्त्वपूर्ण प्यारामिटर हो, र प्रायः सामग्रीको यान्त्रिक गुणहरूको मूल्याङ्कन गर्न प्रयोग गरिन्छ। संरचनात्मक डिजाइन, सामग्री चयन, सुरक्षा मूल्याङ्कन, आदिको सन्दर्भमा, तन्य शक्ति एक कारक हो जुन विचार गर्नुपर्छ। उदाहरणका लागि, निर्माण इन्जिनियरिङमा, स्टीलको तन्य शक्ति भार सहन सक्छ कि सक्दैन भनेर निर्धारण गर्न एक महत्त्वपूर्ण कारक हो; एयरोस्पेसको क्षेत्रमा, हल्का तौल र उच्च-शक्ति सामग्रीको तन्य शक्ति विमानको सुरक्षा सुनिश्चित गर्ने कुञ्जी हो।

थकान बल:

धातुको थकान भन्नाले त्यो प्रक्रियालाई बुझाउँछ जसमा सामग्री र घटकहरूले चक्रीय तनाव वा चक्रीय तनाव अन्तर्गत एक वा धेरै ठाउँहरूमा बिस्तारै स्थानीय स्थायी संचयी क्षति उत्पादन गर्छन्, र निश्चित संख्यामा चक्र पछि दरार वा अचानक पूर्ण फ्र्याक्चर हुन्छ।

विशेषताहरू

समयमा अचानकता: धातुको थकान विफलता प्रायः छोटो अवधिमा स्पष्ट संकेत बिना अचानक हुन्छ।

स्थितिमा रहेको स्थान: थकान विफलता सामान्यतया स्थानीय क्षेत्रहरूमा हुन्छ जहाँ तनाव केन्द्रित हुन्छ।

वातावरण र दोषहरूप्रति संवेदनशीलता: धातुको थकान वातावरण र सामग्री भित्रका स-साना दोषहरूप्रति धेरै संवेदनशील हुन्छ, जसले थकान प्रक्रियालाई तीव्र बनाउन सक्छ।

प्रभाव पार्ने कारकहरू

तनावको आयाम: तनावको परिमाणले धातुको थकान जीवनलाई प्रत्यक्ष असर गर्छ।

औसत तनाव परिमाण: औसत तनाव जति बढी हुन्छ, धातुको थकान जीवन त्यति नै छोटो हुन्छ।

चक्रहरूको संख्या: धातु जति धेरै पटक चक्रीय तनाव वा तनावमा हुन्छ, थकान क्षतिको संचय त्यति नै गम्भीर हुन्छ।

रोकथामका उपायहरू

सामग्री छनोटलाई अनुकूलन गर्नुहोस्: उच्च थकान सीमा भएका सामग्रीहरू छान्नुहोस्।

तनाव एकाग्रता घटाउने: संरचनात्मक डिजाइन वा प्रशोधन विधिहरू मार्फत तनाव एकाग्रता घटाउनुहोस्, जस्तै गोलाकार कुना ट्रान्जिसनहरू प्रयोग गर्ने, क्रस-सेक्शनल आयामहरू बढाउने, आदि।

सतह उपचार: सतहको दोष कम गर्न र थकान बल सुधार गर्न धातुको सतहमा पालिसिङ, स्प्रेइङ, आदि।

निरीक्षण र मर्मतसम्भार: दरार जस्ता दोषहरू तुरुन्तै पत्ता लगाउन र मर्मत गर्न धातुका कम्पोनेन्टहरूको नियमित रूपमा निरीक्षण गर्नुहोस्; थकित भागहरू बदल्ने र कमजोर लिङ्कहरूलाई बलियो बनाउने जस्ता थकान लाग्ने भागहरू कायम राख्नुहोस्।

धातुको थकान एक सामान्य धातुको विफलता मोड हो, जुन अचानकता, स्थानीयता र वातावरणप्रति संवेदनशीलता द्वारा विशेषता हो। तनाव आयाम, औसत तनाव परिमाण र चक्रहरूको संख्या धातुको थकानलाई असर गर्ने मुख्य कारकहरू हुन्।

SN वक्र: विभिन्न तनाव स्तरहरूमा सामग्रीहरूको थकान जीवन वर्णन गर्दछ, जहाँ S ले तनावलाई प्रतिनिधित्व गर्दछ र N ले तनाव चक्रहरूको संख्यालाई प्रतिनिधित्व गर्दछ।

थकान शक्ति गुणांक सूत्र:

(Kf = Ka \cdot Kb \cdot Kc \cdot Kd \cdot Ke)

जहाँ (Ka) भार कारक हो, (Kb) आकार कारक हो, (Kc) तापक्रम कारक हो, (Kd) सतह गुणस्तर कारक हो, र (Ke) विश्वसनीयता कारक हो।

SN वक्र गणितीय अभिव्यक्ति:

(\सिग्मा^m N = C)

जहाँ (\sigma) तनाव हो, N तनाव चक्रहरूको संख्या हो, र m र C भौतिक स्थिरांकहरू हुन्।

गणना चरणहरू

भौतिक स्थिरांकहरू निर्धारण गर्नुहोस्:

प्रयोगहरू मार्फत वा सान्दर्भिक साहित्यलाई सन्दर्भ गरेर m र C को मानहरू निर्धारण गर्नुहोस्।

तनाव एकाग्रता कारक निर्धारण गर्नुहोस्: तनाव एकाग्रता कारक K निर्धारण गर्न भागको वास्तविक आकार र आकार, साथै फिलेट, किवे, आदिबाट हुने तनाव एकाग्रतालाई विचार गर्नुहोस्। थकान शक्ति गणना गर्नुहोस्: SN वक्र र तनाव एकाग्रता कारक अनुसार, भागको डिजाइन जीवन र काम गर्ने तनाव स्तरसँग मिलाएर, थकान शक्ति गणना गर्नुहोस्।

२. प्लास्टिसिटी:

प्लास्टिसिटी भन्नाले त्यस्तो पदार्थको गुणलाई बुझाउँछ जुन बाह्य बलको अधीनमा हुँदा, बाह्य बलले यसको लोचदार सीमा नाघेको बेला नटुटिकन स्थायी विकृति उत्पन्न गर्दछ। यो विकृति अपरिवर्तनीय छ, र बाह्य बल हटाइए पनि सामग्री यसको मूल आकारमा फर्कने छैन।

प्लास्टिसिटी इन्डेक्स र यसको गणना सूत्र

लम्बाइ (δ)

परिभाषा: लम्बाइ भनेको नमूनालाई मूल गेज लम्बाइमा तन्य फ्र्याक्चर गरेपछि गेज खण्डको कुल विकृतिको प्रतिशत हो।

सूत्र: δ = (L1 – L0) / L0 × 100%

जहाँ L0 नमूनाको मूल गेज लम्बाइ हो;

L1 नमूना भाँचिएपछिको गेज लम्बाइ हो।

खण्डीय कटौती (Ψ)

परिभाषा: सेग्मेन्टल रिडक्सन भनेको नमूनालाई मूल क्रस-सेक्शनल क्षेत्रमा भाँचेपछि नेकिंग पोइन्टमा क्रस-सेक्शनल क्षेत्रमा अधिकतम रिडक्सनको प्रतिशत हो।

सूत्र: Ψ = (F0 - F1) / F0 × 100%

जहाँ F0 नमूनाको मूल क्रस-सेक्शनल क्षेत्र हो;

F1 नमूना भाँचिएपछि नेकिंग पोइन्टमा क्रस-सेक्शनल क्षेत्र हो।

३. कठोरता

धातुको कठोरता भनेको धातु सामग्रीको कठोरता मापन गर्ने यान्त्रिक गुण सूचकांक हो। यसले धातुको सतहमा स्थानीय आयतनमा विकृति प्रतिरोध गर्ने क्षमतालाई जनाउँछ।

धातुको कठोरताको वर्गीकरण र प्रतिनिधित्व

धातुको कठोरतामा विभिन्न परीक्षण विधिहरू अनुसार विभिन्न वर्गीकरण र प्रतिनिधित्व विधिहरू हुन्छन्। मुख्यतया निम्न समावेश गर्नुहोस्:

ब्रिनेल कठोरता (HB):

प्रयोगको दायरा: सामान्यतया जब सामग्री नरम हुन्छ, जस्तै अलौह धातु, स्टील तातो उपचार अघि वा एनिलिङ पछि प्रयोग गरिन्छ।

परीक्षण सिद्धान्त: परीक्षण भारको निश्चित आकारको साथ, परीक्षण गर्नको लागि धातुको सतहमा निश्चित व्यासको कडा स्टील बल वा कार्बाइड बल थिचिन्छ, र निर्दिष्ट समय पछि भार अनलोड गरिन्छ, र परीक्षण गर्नको लागि सतहमा इन्डेन्टेसनको व्यास मापन गरिन्छ।

गणना सूत्र: ब्रिनेल कठोरता मान भनेको इन्डेन्टेसनको गोलाकार सतह क्षेत्रफलले भारलाई भाग गरेर प्राप्त हुने भागफल हो।

रकवेल कठोरता (HR):

प्रयोगको दायरा: सामान्यतया उच्च कठोरता भएका सामग्रीहरूको लागि प्रयोग गरिन्छ, जस्तै गर्मी उपचार पछि कठोरता।

परीक्षण सिद्धान्त: ब्रिनेल कठोरता जस्तै, तर फरक प्रोब (हीरा) र फरक गणना विधिहरू प्रयोग गर्दै।

प्रकारहरू: प्रयोगको आधारमा, HRC (उच्च कठोरता सामग्रीहरूको लागि), HRA, HRB र अन्य प्रकारहरू छन्।

विकर्स कठोरता (HV):

प्रयोगको क्षेत्र: माइक्रोस्कोप विश्लेषणको लागि उपयुक्त।

परीक्षण सिद्धान्त: १२० किलोग्राम भन्दा कम भार भएको सामग्रीको सतह र १३६° को शीर्ष कोण भएको हीरा वर्ग कोन इन्डेन्टर थिच्नुहोस्, र विकर्स कठोरता मान प्राप्त गर्न सामग्री इन्डेन्टेसन पिटको सतह क्षेत्रफललाई लोड मानले विभाजन गर्नुहोस्।

लिब कठोरता (HL):

सुविधाहरू: पोर्टेबल कठोरता परीक्षक, मापन गर्न सजिलो।

परीक्षण सिद्धान्त: कठोरता सतहमा असर गरेपछि प्रभाव बल हेडबाट उत्पन्न हुने बाउन्स प्रयोग गर्नुहोस्, र नमूना सतहबाट प्रभाव गतिमा १ मिमीमा पंचको रिबाउन्ड गतिको अनुपातद्वारा कठोरता गणना गर्नुहोस्।