Spannung ist ein einfacher Test der mechanischen Eigenschaften. Innerhalb des Messabstands ist die Spannung gleichmäßig, die Messung von Spannung, Dehnung und Leistungsindikatoren ist stabil, zuverlässig und für theoretische Berechnungen geeignet. Durch Zugversuche können die grundlegendsten mechanischen Eigenschaftsindizes im Prozess der elastischen Verformung, der plastischen Verformung und des Bruchs gemessen werden, wie beispielsweise der positive Elastizitätsmodul E und die Streckgrenze σ 0,2. Streckgrenze σ s. Zugfestigkeit σ b. Dehnungsrate nach Bruch δ Und Flächenverkleinerung ψ usw. Die im Zugversuch erhaltenen mechanischen Eigenschaftsindizes, wie z. B. e σ 0,2、 σ s、 σ b、 δ、ψ usw. sind die inhärenten Grundeigenschaften von Materialien und die Hauptgrundlage im Ingenieurdesign.

Zusammenhang zwischen plastischer Metallverformung und Zugfestigkeit

Bei den meisten Metallmaterialien sind Spannung und Dehnung im Bereich der elastischen Verformung proportional. Wenn die Spannung oder Dehnung ab einem bestimmten Punkt weiter zunimmt, ist die Dehnung nicht mehr proportional zur ausgeübten Spannung.

An diesem Punkt beginnt die Bindung zu den benachbarten Ausgangsatomen aufzubrechen und wird durch eine neue Gruppe von Atomen modifiziert. Wenn dies geschieht, kehrt das Material nach dem Entfernen der Spannung nicht in den ursprünglichen Zustand zurück, d. h. die Verformung ist dauerhaft und unwiederbringlich, und dann tritt das Material in die plastische Verformungszone ein (Abb. 1).

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Abb. 1 Schematische Darstellung der plastischen Verformung

Tatsächlich ist es schwierig, den genauen Punkt zu bestimmen, an dem das Material von der elastischen Zone in die plastische Zone übergeht. Wie in Abb. 2 dargestellt, wird eine parallele Linie mit einer Dehnung von 0,002 gezeichnet. Durch diese Linie wird die Spannungs-Dehnungs-Kurve abgeschnitten und die Streckgrenze als Streckgrenze ermittelt. Die Streckgrenze ist gleich der Spannung, bei der eine signifikante plastische Verformung auftritt. Die meisten Materialien sind weder einheitlich noch vollkommen ideale Materialien. Die Materialausbeute ist ein Prozess, der in der Regel mit einer Kaltverfestigung einhergeht und daher kein spezifischer Punkt ist.

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Abb. 2 Spannungs-Dehnungs-Kurve

Bei den meisten Metallmaterialien sieht die Spannungs-Dehnungs-Kurve ähnlich aus wie in Abb. 3. Wenn die Belastung beginnt, steigt die Spannung von Null an und die Dehnung nimmt linear zu. Bis das Material nachgibt, beginnt die Kurve von der Linearität abzuweichen.

Erhöhen Sie die Spannung weiter und die Kurve erreicht den Maximalwert. Der Maximalwert entspricht der Zugfestigkeit, also dem maximalen Spannungswert der Kurve, in der Abbildung durch m dargestellt. Der Bruchpunkt ist der Punkt, an dem das Material endgültig bricht und in der Abbildung mit F gekennzeichnet ist.

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Abb. 3 Schematische Darstellung der technischen Spannungs-Dehnungs-Kurve

Das typische Spannungs-Dehnungs-Testgerät und die Geometrie der Testprobe sind in Abb. 4 dargestellt. Während des Zugtests wird die Probe langsam gezogen und die Längenänderungen und die ausgeübte Kraft werden aufgezeichnet. Der Kraft-Weg-Verlauf wird aufgezeichnet. Die Spannungs-Dehnungs-Kurve kann unter Verwendung der ursprünglichen Länge, der Messlänge und der Querschnittsfläche der Probe erstellt werden.

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Abbildung 4 Belastungstest

Abbildung 4 Belastungstest

Für Materialien, die einer plastischen Zugverformung unterliegen können, werden am häufigsten zwei Arten von Kurven verwendet: die technische Spannungs-Dehnungskurve und die echte Spannungs-Dehnungs-Kurve. Der Unterschied besteht darin, dass die zur Berechnung der Spannung verwendete Fläche unterschiedlich ist. Ersteres verwendet die Anfangsfläche der Probe und letzteres die Echtzeit-Querschnittsfläche während des Zugvorgangs. Daher ist auf der Spannungs-Dehnungs-Kurve die tatsächliche Spannung im Allgemeinen höher als die technische Spannung.

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Abb. 5 Schematische Darstellung einer typischen Zugkurve

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Abb. 6 wahre Spannungs- und echte Dehnungskurven verschiedener realer Metallmaterialien

Es gibt zwei Arten der gebräuchlichsten Zugkurven: Die eine ist die Zugkurve mit offensichtlicher Streckgrenze; Zweitens die Zugkurve ohne offensichtliche Streckgrenze. Die Streckgrenze gibt den Widerstand des Metalls gegen die anfängliche plastische Verformung an. Dies ist eine der wichtigsten mechanischen Eigenschaften in der Ingenieurtechnik.

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Abbildung 7 typische Zugkurve mit Kaltverfestigung

Wie misst man die Zugfestigkeit anhand der plastischen Verformung von Metall?

Die plastische Restverformung ist eine wichtige Grundlage. Im Allgemeinen wird der Widerstand, der dem technischen Metall bei einer bestimmten plastischen Restverformung entspricht, künstlich als Streckgrenze angenommen, auch als bedingte Streckgrenze bezeichnet. Das heißt, es gibt keine offensichtliche plastische Streckgrenze und keine offensichtliche Streckgrenze. Wenn Sie die Streckgrenze des tatsächlichen Metalls wissen möchten, benötigen Sie eine Beurteilungsbedingung, daher gibt es die bedingte Streckgrenze. Bei verschiedenen Metallkomponenten ist die der bedingten Streckgrenze entsprechende Restverformung unterschiedlich. Bei einigen rauen Metallkomponenten sollte die Restverformung gering sein, während die entsprechende Restverformung bei gewöhnlichen Metallkomponenten groß ist, wenn sie unter bestimmten Bedingungen nachgeben. Die üblicherweise verwendete Restverformung beträgt 0,01%, 0,05%, 0,1%, 0,2%, 0,5% und 1,0%.

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Abbildung 8 bedingter Ertrag

Die Metallausbeute ist das Ergebnis der Versetzungsbewegung, daher wird die Metallausbeute durch den Widerstand der Versetzungsbewegung bestimmt. Für reine Metalle umfasst es den Gitterwiderstand, den Versetzungswechselwirkungswiderstand und den Versetzungswechselwirkungswiderstand mit anderen Defekten oder Strukturen.

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Abbildung 9 Versetzungen in echtem Metall Aluminium

Der Bereich, der dem geraden Abschnitt der Zugkurve entspricht, also der elastische Teil, ist die elastische Eigenschaft. Vom Beginn der elastischen Verformung bis zum Bruchvorgang wird die von der Probe absorbierte Gesamtenergie als Brucharbeit bezeichnet, und die vom Metall vor dem Bruch absorbierte Energie wird als Bruchzähigkeit bezeichnet. Die mechanischen Eigenschaften realer Metalle ändern sich normalerweise während des Zugvorgangs, wobei das auffälligste Phänomen die Kaltverfestigung ist. Die Kaltverfestigung von Metall ist hilfreich, um den plötzlichen Bruch praktischer technischer Komponenten bei Überlastung zu vermeiden, der katastrophale Folgen hätte.

Die plastische Verformung und Verformungshärtung von Metallen sind Voraussetzungen für eine gleichmäßige plastische Verformung von Metall. Das heißt, in polykristallinem Metall wird die plastische Verformung verstärkt, und dann wird die plastische Verformung unterdrückt, sodass die Verformung leichter auf andere Orte übertragen werden kann.

Gemäß der tatsächlichen Zugkurve setzt sich die Verformung unter der Einwirkung der Streckgrenze nicht fort, nachdem die meisten Metalle bei Raumtemperatur nachgeben, und der Widerstand muss erhöht werden, um die Verformung fortzusetzen. Auf der wahren Spannungs-Dehnungs-Kurve steigt die rheologische Spannung und es tritt das Phänomen der Kaltverfestigung auf. Eine solche Kurve wird als Kaltverfestigungskurve bezeichnet. Der Kaltverfestigungsindex n ist ein wichtiger Plastizitätsindex, der die Fähigkeit von Materialien angibt, einer kontinuierlichen Verformung zu widerstehen.

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Abb. 10 Kaltverfestigung bei plastischer Verformung von Metall

Lassen Sie uns abschließend über die Dehnungsrate sprechen. Im Allgemeinen werden die Zugkurven von Metallmaterialien durch Tests bei einer niedrigeren Dehnungsrate ermittelt. Nur einige spezielle Metallkomponenten müssen ihre mechanischen Eigenschaften unter hoher Dehnungsrate testen, d. h. Komponenten mit hoher Verformungsgeschwindigkeit. Bei normaler Raumtemperatur erfolgt die Verformung des Materials hauptsächlich durch Versetzungsschlupf oder Zwillingsbildung.

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Abb. 11 Hochgeschwindigkeitsverformungskurve einer Aluminiumlegierung

Die maximale technische Spannung auf der Zugkurve, also die technische Dehnungskurve, wird als ultimative Zugspannung, also Zugfestigkeit, bezeichnet.

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