Μια ανάλυση της αντοχής σε εφελκυσμό και της αντοχής διαρροής σε κράματα τιτανίου - Ειδήσεις

Κατά την επιλογήκράματα τιτανίου, προσδιορίστε πρώτα την επιτρεπόμενη τάση με βάση την αντοχή διαρροής και, στη συνέχεια, επαληθεύστε την αντοχή στη θραύση και την ανοχή σε ζημιά χρησιμοποιώντας αντοχή εφελκυσμού και επιμήκυνση. και τα δύο βήματα είναι απαραίτητα. Η αντοχή σε εφελκυσμό αντιπροσωπεύει το μέγιστο φορτίο που μπορεί να αντέξει ένα υλικό πριν από τη ρήξη-αντανακλώντας το τελικό φορτίο-φέρουσα ικανότητα και το δυναμικό απορρόφησης ενέργειας- πριν από την αστοχία.
Η αντοχή διαρροής αντιπροσωπεύει το κατώφλι πέρα από το οποίο η παραμόρφωση γίνεται μόνιμη-που αντικατοπτρίζει την ικανότητα του υλικού να διατηρεί το σχήμα και την ακρίβειά του και χρησιμεύει ως η πραγματική βάση για την επιτρεπόμενη τάση στον δομικό σχεδιασμό.

1. Τι είναι η αντοχή εφελκυσμού (Rm / σb);
Ορισμός: Η μέγιστη τάση που μπορεί να αντέξει ένα υλικό πριν από τη θραύση κατά τη διάρκεια μιας δοκιμής εφελκυσμού, μετρημένη σε MPa. Αντιπροσωπεύει την απόλυτη ικανότητα του υλικού να αντιστέκεται στο φορτίο.
Μηχανική Σημασία:
Η αντοχή σε εφελκυσμό αντιστοιχεί στο σημείο αιχμής στην καμπύλη τάσεων-παραμόρφωσης. Πέρα από αυτό το σημείο, το υλικό αρχίζει να υφίσταται εντοπισμένο λαιμό και η αποτελεσματική περιοχή που φέρει-το φορτίο μειώνεται γρήγορα μέχρι να συμβεί κάταγμα.
Καθορίζει το "απόλυτο περιθώριο ασφαλείας" του εξαρτήματος-ακόμη και αν η τοπική υπερφόρτωση προκαλεί υποχώρηση του υλικού, εφόσον δεν ξεπερνιέται η αντοχή σε εφελκυσμό, το υλικό διατηρεί την ικανότητα να απορροφά ενέργεια μέσω πλαστικής παραμόρφωσης (ένας παράγοντας που είναι κρίσιμος για τον σχεδιασμό ανοχής-ζημίας στα δομικά στοιχεία της αεροδιαστημικής).
Στη βιομηχανία κραμάτων τιτανίου, οι βαθμοί αντοχής που καθορίζονται σε προσφορές και τεχνικές συμφωνίες-όπως Rm μεγαλύτερο ή ίσο με 400 MPa για τον βαθμό 2 (GR2) και Rm μεγαλύτερο ή ίσο με 895 MPa για τον βαθμό 5 (GR5) (ανοπτημένη ράβδος)-αναφέρονται συγκεκριμένα σε αυτήν την παράμετρο.

II. Τι είναι η ισχύς απόδοσης (Rp0,2 / σs ή σ0,2);
Ορισμός: Το επίπεδο τάσης στο οποίο ένα υλικό αρχίζει να υφίσταται σημαντική πλαστική παραμόρφωση (μη αναστρέψιμη, μόνιμη παραμόρφωση). Δεδομένου ότι τα περισσότερα κράματα τιτανίου δεν παρουσιάζουν διακριτή απόδοση, η μηχανική πρακτική χρησιμοποιεί συνήθως την "αντοχή αντοχής της πλαστικής επέκτασης (Rp0.2)"-που ορίζεται ως η τάση που παράγει 0,2% μόνιμη πλαστική παραμόρφωση-ως την αντοχή διαρροής.
Μηχανική Σημασία:
Κάτω από την αντοχή διαρροής, ένα εξάρτημα επιστρέφει στο αρχικό του σχήμα μετά την αφαίρεση του φορτίου (εύρος ελαστικής παραμόρφωσης). Μόλις ξεπεραστεί η αντοχή διαρροής, το εξάρτημα υφίσταται μόνιμη παραμόρφωση και δεν επιστρέφει στην αρχική του κατάσταση.
Για τη συντριπτική πλειονότητα των δομικών στοιχείων, η αντοχή διαρροής χρησιμεύει ως το πραγματικό σημείο αναφοράς σχεδιασμού. Στην ανάλυση τάσης, η επιτρεπόμενη τάση γενικά υπολογίζεται διαιρώντας την αντοχή διαρροής με έναν συντελεστή ασφαλείας (συνήθως 1,15–1,5 για εξαρτήματα αεροδιαστημικής και 1,5 για αστικά δοχεία πίεσης).
Παράδειγμα: Η αντοχή διαρροής του ανοπτημένου τιτανίου βαθμού 5 (Ti-6Al-4V) είναι περίπου 825 MPa, ενώ η αντοχή του σε εφελκυσμό κυμαίνεται από περίπου 895 έως 1030 MPa. Εάν χρησιμοποιείτε την τιμή των 895 MPa στους υπολογισμούς του σχεδιασμού σας, αντιμετωπίζετε την απόλυτη αντοχή ως την επιτρεπόμενη πίεση - ένα κρίσιμο σφάλμα.
Ένα κοινό σημείο σύγχυσης: Τα κράματα τιτανίου είναι υλικά "υψηλής ειδικής αντοχής"-ο λόγος απόδοσης-αντοχής-προς-του τιτανίου είναι μεταξύ των υψηλότερων από όλα τα δομικά μέταλλα. Κατά τον υπολογισμό του βάρους κατά την επιλογή υλικού, η ισχύς διαρροής είναι η τιμή που πρέπει να χρησιμοποιείται στον αριθμητή.

Παράγοντες που επηρεάζουν την αντοχή σε εφελκυσμό και την αντοχή διαρροής των κραμάτων τιτανίου
Με βάση την εμπειρία 15 ετών, έχω παρατηρήσει ότι οι κύριοι παράγοντες που επηρεάζουν αυτές τις δύο μετρήσεις είναι:

Σύνθεση κράματος

Τα Al, O, N και C αυξάνουν την αντοχή αλλά μειώνουν την ολκιμότητα.

Τα V, Mo, Nb, Cr και Fe σταθεροποιούν τη φάση και επηρεάζουν την ενίσχυση μέσω θερμικής επεξεργασίας.

Το H (Υδρογόνο) τείνει να προκαλεί ευθραυστότητα υδρογόνου. Αν και δεν αντανακλάται άμεσα στις τιμές αντοχής σε εφελκυσμό, ενέχει σοβαρό κίνδυνο.

Στοιχεία ακαθαρσίας

Η αντοχή είναι πολύ ευαίσθητη στην περιεκτικότητα σε οξυγόνο. Τα υψηλά επίπεδα οξυγόνου αυξάνουν την αντοχή αλλά μειώνουν την ολκιμότητα και τη σκληρότητα.

Το άζωτο και ο άνθρακας παρέχουν επίσης ενισχυτικά αποτελέσματα, αλλά οι υπερβολικές ποσότητες οδηγούν σε ευθραυστότητα.

μικροδομή

Ισοαξονική μικροδομή: Καλή ολκιμότητα και σχετικά καλή απόδοση κόπωσης.

Μικροδομή ελασμάτων: Καλή αντοχή στη θραύση, αλλά ελαφρώς χαμηλότερη ολκιμότητα.

Bimodal (duplex) μικροδομή: Καλή συνολική απόδοση.

Το -κλάσμα φάσης, το -μέγεθος φάσης και η κρυσταλλογραφική υφή επηρεάζουν την απόδοση και τις αντοχές σε εφελκυσμό.

Κατεργασία με θερμοκρασία

Ανόπτηση: Μέτρια αντοχή και καλή ολκιμότητα.

Επεξεργασία διαλύματος και γήρανση: Καθιζάνει λεπτή -φάση, αυξάνοντας σημαντικά την απόδοση και τις αντοχές σε εφελκυσμό.

-ανόπτηση: Καλή σκληρότητα, αν και η αντοχή μπορεί να μειωθεί.

Ανακούφιση από το στρες-ανόπτηση: Επηρεάζει την υπολειπόμενη τάση και τη σταθερότητα των διαστάσεων.

Τεχνολογία Επεξεργασίας

Οι γραμμές ροής σφυρηλάτησης, η κατεύθυνση κύλισης και η υφή προκαλούν ανισοτροπία.

Οι ιδιότητες ποικίλλουν μεταξύ διαμήκους, εγκάρσιου και πάχους.

Η σκλήρυνση με ψυχρή εργασία αυξάνει την αντοχή αλλά μειώνει την ολκιμότητα.

Θερμοκρασία

Οι αυξανόμενες θερμοκρασίες οδηγούν σε μείωση τόσο της αντοχής εφελκυσμού όσο και της αντοχής διαρροής.

Η θερμοκρασία μακροχρόνιας-υπηρεσίας για κράματα τιτανίου είναι γενικά περιορισμένη (π.χ. το GR5 περιορίζεται συνήθως σε κάτω από 350 βαθμούς για μακροχρόνια χρήση).

Η αντοχή αυξάνεται σε χαμηλές θερμοκρασίες, αλλά η ολκιμότητα και η σκληρότητα μπορεί να μειωθούν.

Δείγματα και Δοκιμές

Η χρήση ενός εκτασιόμετρου επηρεάζει σημαντικά τις μετρήσεις της αντοχής διαρροής.

Η ευθυγράμμιση του δείγματος (ομοαξονικότητα), η τραχύτητα επιφάνειας, ο ρυθμός παραμόρφωσης και η θέση δειγματοληψίας επηρεάζουν όλα τα αποτελέσματα.

Τα κράματα τιτανίου δεν παρουσιάζουν διακριτό σημείο διαρροής. Η μέτρηση Rp0,2 χωρίς εκτατόμετρο αποδίδει εξαιρετικά ανακριβή αποτελέσματα.

10mm Titanium Rods best 6242 Titanium Rods manufacturers