A tensão é um teste de propriedade mecânica simples. Dentro da distância do medidor de teste, a tensão é uniforme, a medição dos indicadores de tensão, tensão e desempenho é estável, confiável e conveniente para cálculo teórico. Através do ensaio de tração, podem ser medidos os índices de propriedades mecânicas mais básicas no processo de deformação elástica, deformação plástica e fratura, como módulo de elasticidade positivo E e limite de escoamento σ 0,2. Ponto de escoamento σ s. Resistência à tração σ b. Taxa de extensão após fratura δ E redução da área ψ Etc. Os índices de propriedades mecânicas obtidos no ensaio de tração, como e σ 0,2、 σ s、 σ b、 δ、ψ Etc. são as propriedades básicas inerentes dos materiais e a base principal em projeto de engenharia.

Relação entre a deformação plástica do metal e a resistência à tração

Para a maioria dos materiais metálicos, na região de deformação elástica, a tensão e a deformação tornam-se proporcionais. Quando a tensão ou deformação continua a aumentar, em um determinado ponto, a deformação não será mais proporcional à tensão aplicada.

Nesse ponto, a ligação com os átomos iniciais adjacentes começa a se romper e é modificada com um novo grupo de átomos. Quando isso acontece, o material não retornará ao estado original após a remoção da tensão, ou seja, a deformação é permanente e irrecuperável, e então o material entra na zona de deformação plástica (Fig. 1).

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Fig. 1 Diagrama esquemático de deformação plástica

De fato, é difícil determinar o ponto exato em que o material muda da zona elástica para a zona plástica. Como mostrado na Fig. 2, uma linha paralela com uma deformação de 0,002 é desenhada. A curva tensão-deformação é truncada por esta linha, e a tensão de escoamento é determinada como a tensão de escoamento. O limite de escoamento é igual à tensão na qual ocorre uma deformação plástica significativa. A maioria dos materiais não são uniformes, nem são materiais ideais perfeitos. O rendimento de materiais é um processo, geralmente acompanhado de encruamento, portanto não é um ponto específico.

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Fig. 2 curva tensão-deformação

Para a maioria dos materiais metálicos, a curva tensão-deformação é semelhante à mostrada na Fig. 3. Quando o carregamento começa, a tensão aumenta de zero e a deformação aumenta linearmente. Até que o material ceda, a curva começa a se desviar da linearidade.

Continue a aumentar a tensão e a curva atinge o valor máximo. O valor máximo corresponde à resistência à tração, que é o valor máximo de tensão da curva, representado por m na figura. O ponto de ruptura é o ponto em que o material finalmente quebra e é indicado por F na figura.

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Fig. 3 Diagrama esquemático da curva tensão-deformação de engenharia

O dispositivo de teste de tensão-deformação típico e a geometria da amostra de teste são mostrados na Fig. 4. Durante o teste de tração, a amostra é puxada lentamente e as mudanças de comprimento e força aplicada são registradas. A curva de deslocamento de força é registrada. A curva tensão-deformação pode ser desenhada usando o comprimento original, o comprimento de referência e a área da seção transversal da amostra.

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Figura 4 teste de tensão e deformação

Figura 4 teste de tensão e deformação

Para materiais que podem sofrer deformação plástica de tração, dois tipos de curvas são mais comumente usados: curva de engenharia tensão-deformação de engenharia e curva tensão-deformação verdadeira. A diferença entre eles é que a área utilizada no cálculo da tensão é diferente. O primeiro usa a área inicial da amostra e o segundo usa a área da seção transversal em tempo real durante o processo de tração. Portanto, na curva tensão-deformação, a tensão real é geralmente maior que a tensão de engenharia.

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Fig. 5 Diagrama esquemático da curva de tração típica

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Fig. 6 curvas de tensão verdadeira e tensão verdadeira de vários materiais metálicos reais

Existem dois tipos de curvas de tração mais comuns: uma é a curva de tração com limite de rendimento óbvio; Em segundo lugar, a curva de tração sem ponto de rendimento óbvio. O limite de escoamento representa a resistência do metal à deformação plástica inicial. Esta é uma das propriedades mecânicas mais importantes na tecnologia de engenharia.

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Figura 7 curva de tração típica com encruamento

Como medir a resistência à tração da deformação plástica do metal?

A deformação plástica residual é uma base importante. Geralmente, a resistência correspondente ao metal de engenharia quando uma certa deformação plástica residual é artificialmente tomada como limite de escoamento, também conhecido como limite de escoamento condicional. Ou seja, não há um ponto de escoamento plástico óbvio e não há um limite de escoamento óbvio. Se você quiser saber o limite de escoamento do metal real, você precisa de uma condição de julgamento, então existe o limite de escoamento condicional. Para diferentes componentes de metal, a deformação residual correspondente ao limite de escoamento condicional é diferente. Para alguns componentes metálicos agressivos, a deformação residual deve ser pequena, enquanto a deformação residual correspondente de componentes metálicos comuns é grande quando eles cedem sob condições. A deformação residual comumente usada é 0,01%, 0,05%, 0,1%, 0,2%, 0,5% e 1,0%.

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Figura 8 rendimento condicional

O rendimento do metal é o resultado do movimento das discordâncias, então o rendimento do metal é determinado pela resistência do movimento das discordâncias. Para metais puros, inclui resistência de rede, resistência de interação de discordância e resistência de interação de discordância com outros defeitos ou estruturas.

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Figura 9 deslocamentos em alumínio metálico real

A área correspondente à seção reta na curva de tração, ou seja, a parte elástica, é a propriedade elástica. Desde o início da deformação elástica até o processo de fratura, a energia total absorvida pela amostra é chamada de trabalho de fratura, e a energia absorvida pelo metal antes da fratura é chamada de tenacidade à fratura. As propriedades mecânicas dos metais reais geralmente mudam durante o processo de tração, e o fenômeno mais proeminente é o encruamento. O encruamento do metal é útil para evitar a fratura repentina de componentes práticos de engenharia quando sobrecarregados, resultando em consequências desastrosas.

A deformação plástica do metal e o endurecimento por deformação são pré-requisitos para garantir uma deformação plástica uniforme do metal. Ou seja, no metal policristalino, onde ocorre a deformação plástica, ele é reforçado e, em seguida, a deformação plástica é suprimida, para que a deformação possa ser transferida para outros locais com mais facilidade.

De acordo com a curva de tração real, depois que a maioria dos metais cede à temperatura ambiente, a deformação não continuará sob a ação da tensão de escoamento e a resistência deve ser aumentada para continuar a deformação. Na curva tensão-deformação verdadeira, a tensão reológica está aumentando e o fenômeno de encruamento aparece. Essa curva é chamada de curva de endurecimento por trabalho. O índice de encruamento n é um importante índice de plasticidade, que representa a capacidade dos materiais de resistir à deformação contínua.

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Fig. 10 encruamento na deformação plástica do metal

Finalmente, vamos falar sobre a taxa de deformação. Geralmente, as curvas de tração de materiais metálicos são obtidas por meio de testes a uma taxa de deformação mais baixa. Apenas alguns componentes metálicos especiais precisam testar suas propriedades mecânicas sob alta taxa de deformação, ou seja, os componentes com deformação em alta velocidade. Sob temperatura ambiente normal, a deformação do material é principalmente deslizamento de discordância ou geminação.

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Fig. 11 curva de deformação de alta velocidade da liga de alumínio

A tensão máxima de engenharia na curva de tração, ou seja, a curva de deformação de engenharia, é chamada de tensão de tração final, ou seja, a resistência à tração.

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