Mekaniske egenskaber af metalliske materialer refererer til de forskellige egenskaber, der udvises under påvirkning af eksterne kræfter, som bestemmer materialernes egnethed og holdbarhed i forskellige miljøer. Følgende er de vigtigste indikatorer for mekaniske egenskaber af metalliske materialer:
1. Styrke og flydestyrke
Styrke er et metallisk materiales evne til at modstå virkningen af en ekstern kraft (belastning) og undgå overdreven plastisk deformation eller brud. Det er den mest grundlæggende og en af de vigtigste indikatorer for de mekaniske egenskaber af metalmaterialer. Styrken kan opdeles i forskellige typer, herunder trækstyrke, trykstyrke, bøjningsstyrke og forskydningsstyrke, blandt hvilke trækstyrke er den mest anvendte.
- Trækstyrke (σb eller Rm): refererer til den maksimale værdi af spænding, som et materiale kan modstå under spænding, dvs. den maksimale spænding, der kan opnås, før det trækkes af. Det afspejler materialets evne til at modstå brud, symboliseret som Rm eller σb, og enheden er MPa (megapascal). Trækstyrke er en vigtig parameter til vurdering af et materiales sejhed og plastiske deformationskapacitet.
- Flydespænding (σs eller ReL, Rp0.2): refererer til materialet i trækprocessen, når spændingen når en vis kritisk værdi, selvom spændingen ikke længere øges, vil materialet fortsætte med at gennemgå betydelig plastisk deformation af spændingsværdien. For materialer med indlysende eftergivende fænomen er flydespænding spændingens flydegrænse; for materialer uden indlysende efterslæbningsfænomen, er det sædvanligvis fastsat at producere 0,2 % resterende deformation af spændingsværdien som dens flydegrænse, kendt som betingelsen for flydespænding. Flydestyrke er begyndelsen af plastisk deformation af materialet er et vigtigt symbol, men også det strukturelle design af de almindeligt anvendte styrkeindikatorer.
2. plasticitet og forlængelse
Plasticitet refererer til et metallisk materiales evne til at producere betydelig plastisk deformation uden brud, når det udsættes for eksterne kræfter. Et materiale med god plasticitet kan absorbere en stor mængde energi gennem plastisk deformation og dermed forbedre dets evne til at modstå slag og træthed.
- Forlængelse (δ): Procentdelen af den samlede forlængelse af et materiale efter trækbrud i forhold til den oprindelige markerede længde. Det er en vigtig indikator for et materiales plasticitet. Engineering normalt δ Større end eller lig med 5% af materialet kaldes plastmaterialer, såsom blødt stål, aluminium, kobber osv.; og δ Mindre end eller lig med 5% af materialet kaldes sprøde materialer, såsom støbejern, glas, keramik osv.
- Sektionskrympning (ψ): refererer til procentdelen af det maksimalt reducerede areal af sektionen i forhold til materialets oprindelige brudareal efter trækbrud. Det er også et vigtigt indeks til at måle materialets plasticitet. Sammen med forlængelsen kan den udførligt evaluere materialets plastiske deformationsevne.
3. Hårdhed
Hårdhed er et materiales evne til at modstå andre hårdere genstande presset ind i dets overflade. Det er en indikator for graden af hårdhed og blødhed af materialet, og er også en vigtig parameter, der afspejler materialets slidstyrke og skæreydelse.
- Brinell-hårdhed (HBS, HBW) og Rockwell-hårdhed (HRA, HRB, HRC): er to almindeligt anvendte metoder til hårdhedstestning. Brinell-hårdhed kan anvendes til blødere materialer, mens Rockwell-hårdhed kan anvendes til hårdere materialer. Hårdhedstesten kan ikke kun bruges til at evaluere materialets mekaniske egenskaber, men også til at kontrollere kvaliteten af materialets overfladelag, såsom afkulning og karburering.
4. Slagsejhed
Slagsejhed er et materiales evne til at modstå stødbelastninger. Det er en vigtig indikator for brudmodstanden af materialer under dynamisk belastning.
- Værdi for stødsejhed (Ak): sædvanligvis i joule/kvadratcentimeter (J/cm²) som en enhed, hvilket angiver materialets evne til at absorbere energi under påvirkning af slagbelastning. Et materiale med god slagfasthed har en høj modstandsdygtighed over for stødbrud og er velegnet til applikationer, hvor der skal påføres stødbelastninger.
5. Elasticitetsmodul
Elasticitetsmodulet er forholdet mellem spænding og belastning under den elastiske deformationsfase af et materiale. Det er et vigtigt mål for et materiales stivhed.
- Elasticitetsmodul (E): normalt udtrykt i Pascal (Pa) eller Gigapascal (GPa). For almindelige metalliske materialer, såsom stål, er elasticitetsmodulet typisk mellem 200-210 GPa. Materialer med et højt elasticitetsmodul har også høj stivhed og høj modstand mod elastisk deformation.
6. Brudsejhed
Brudsejhed er et materiales evne til at modstå revneforlængelse, når det indeholder revner. Det er en vigtig indikator for et materiales modstand mod sprøde brud.
- Brudsejhed (KIC): angiver spændingsintensitetsfaktoren for materialet under plane belastningsforhold, når revnen begynder at udvide sig. Materialer med høj brudsejhed har også stærk modstandsdygtighed over for sprøde brud og er velegnede til applikationer, der kræver høj belastning eller lave temperaturmiljøer.
7. Træthedsstyrke
Træthedsstyrke er et materiales evne til at modstå træthedsskader under skiftende belastninger. Det er en vigtig indikator for et materiales langsigtede-levetid.
- Træthedsgrænse (σ-1): angiver den maksimale spændingsværdi for et materiale under uendelige tider med vekslende belastning uden udmattelsesskader. Materialer med høj udmattelsesstyrke har også en lang lang levetid og er velegnede til lejligheder, hvor de skal modstå skiftende belastninger.
Mekaniske egenskabsindikatorer for metalmaterialer omfatter styrke, plasticitet, hårdhed, slagfasthed, elasticitetsmodul, brudsejhed og udmattelsesstyrke. Disse indikatorer bestemmer sammen anvendeligheden og holdbarheden af metalmaterialer i forskellige miljøer. I praktiske applikationer er det nødvendigt at vælge de passende metalmaterialer i henhold til de specifikke krav til brug for at opnå den bedste produktkvalitet og brugseffekt.
