धातूच्या पदार्थांच्या यांत्रिक गुणधर्मांचा सारांश

स्ट्रेचिंग प्रक्रियेदरम्यान धातूच्या पदार्थांची नुकसान सहन करण्याची क्षमता निश्चित करण्यासाठी ताकदीची तन्य चाचणी प्रामुख्याने वापरली जाते आणि ती पदार्थांच्या यांत्रिक गुणधर्मांचे मूल्यांकन करण्यासाठी एक महत्त्वाचा निर्देशक आहे.

१. तन्यता चाचणी

तन्यता चाचणी ही मटेरियल मेकॅनिक्सच्या मूलभूत तत्त्वांवर आधारित आहे. विशिष्ट परिस्थितीत मटेरियल नमुन्यावर तन्यता भार लागू केल्याने, नमुना तुटेपर्यंत तन्यता विकृत होते. चाचणी दरम्यान, वेगवेगळ्या भारांखाली प्रायोगिक नमुन्याचे विकृतीकरण आणि नमुना तुटल्यावर जास्तीत जास्त भार नोंदवला जातो, जेणेकरून उत्पादन शक्ती, तन्यता शक्ती आणि सामग्रीच्या इतर कामगिरी निर्देशकांची गणना करता येईल.

ताण σ = F/A

σ ही तन्य शक्ती (MPa) आहे

F हा तन्य भार (N) आहे.

A हे नमुन्याचे क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र आहे.

२. तन्य वक्र

स्ट्रेचिंग प्रक्रियेच्या अनेक टप्प्यांचे विश्लेषण:

अ. लहान भार असलेल्या OP टप्प्यात, वाढ भाराशी रेषीय संबंधात असते आणि सरळ रेषा राखण्यासाठी Fp हा कमाल भार असतो.

b. भार Fp पेक्षा जास्त झाल्यानंतर, तन्य वक्र एक अ-रेषीय संबंध घेण्यास सुरुवात करतो. नमुना सुरुवातीच्या विकृतीच्या टप्प्यात प्रवेश करतो आणि भार काढून टाकला जातो आणि नमुना त्याच्या मूळ स्थितीत परत येऊ शकतो आणि लवचिकपणे विकृत होऊ शकतो.

c. भार Fe पेक्षा जास्त झाल्यानंतर, भार काढून टाकला जातो, विकृतीचा काही भाग पुनर्संचयित केला जातो आणि उर्वरित विकृतीचा काही भाग राखला जातो, ज्याला प्लास्टिक विकृती म्हणतात. Fe ला लवचिक मर्यादा म्हणतात.

d. जेव्हा भार आणखी वाढतो तेव्हा तन्य वक्र करवतीचे दात दाखवते. जेव्हा भार वाढत नाही किंवा कमी होत नाही, तेव्हा प्रायोगिक नमुन्याच्या सतत वाढण्याच्या घटनेला यिल्डिंग म्हणतात. यिल्डिंगनंतर, नमुन्याला स्पष्ट प्लास्टिक विकृती येऊ लागते.

e. उत्पत्तीनंतर, नमुना विकृतीकरण प्रतिकार, काम कडक होणे आणि विकृतीकरण मजबूत करणे यामध्ये वाढ दर्शवितो. जेव्हा भार Fb पर्यंत पोहोचतो तेव्हा नमुन्याचा तोच भाग झपाट्याने आकुंचन पावतो. Fb ही शक्ती मर्यादा आहे.

f. आकुंचनाच्या घटनेमुळे नमुन्याची भारधारण क्षमता कमी होते. जेव्हा भार Fk पर्यंत पोहोचतो तेव्हा नमुना तुटतो. याला फ्रॅक्चर लोड म्हणतात.

उत्पन्न शक्ती

उत्पादन शक्ती म्हणजे प्लास्टिक विकृतीच्या सुरुवातीपासून ते बाह्य शक्तीच्या संपर्कात आल्यावर पूर्ण फ्रॅक्चर होईपर्यंत धातूचा पदार्थ सहन करू शकणारा कमाल ताण मूल्य. हे मूल्य त्या महत्त्वाच्या बिंदूला चिन्हांकित करते जिथे पदार्थ लवचिक विकृतीच्या टप्प्यापासून प्लास्टिक विकृतीच्या टप्प्यात संक्रमण करतो.

वर्गीकरण

उच्च उत्पन्न शक्ती: उत्पन्न होण्याच्या वेळी पहिल्यांदाच बल कमी होण्यापूर्वी नमुन्याचा जास्तीत जास्त ताण दर्शवते.

कमी उत्पन्न शक्ती: जेव्हा सुरुवातीच्या क्षणिक परिणामाकडे दुर्लक्ष केले जाते तेव्हा उत्पन्न टप्प्यातील किमान ताणाचा संदर्भ देते. कमी उत्पन्न बिंदूचे मूल्य तुलनेने स्थिर असल्याने, ते सहसा भौतिक प्रतिकाराचे सूचक म्हणून वापरले जाते, ज्याला उत्पन्न बिंदू किंवा उत्पन्न शक्ती म्हणतात.

गणना सूत्र

वरच्या उत्पन्न शक्तीसाठी: R = F / Sₒ, जिथे F हे उत्पन्न टप्प्यात पहिल्यांदाच बल कमी होण्यापूर्वीचे कमाल बल आहे आणि Sₒ हे नमुन्याचे मूळ क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र आहे.

कमी उत्पन्न शक्तीसाठी: R = F / Sₒ, जिथे F हा प्रारंभिक क्षणिक परिणाम दुर्लक्षित करणारा किमान बल F आहे आणि Sₒ हा नमुन्याचा मूळ क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र आहे.

युनिट

उत्पन्न शक्तीचे एकक सहसा MPa (मेगापास्कल) किंवा N/mm² (न्यूटन प्रति चौरस मिलिमीटर) असते.

उदाहरण

कमी कार्बन स्टीलचे उदाहरण घ्या, त्याची उत्पादन मर्यादा साधारणपणे २०७ एमपीए असते. या मर्यादेपेक्षा जास्त बाह्य बलाच्या अधीन असताना, कमी कार्बन स्टील कायमचे विकृत रूप निर्माण करेल आणि ते पुनर्संचयित करता येणार नाही; या मर्यादेपेक्षा कमी बाह्य बलाच्या अधीन असताना, कमी कार्बन स्टील त्याच्या मूळ स्थितीत परत येऊ शकते.

धातूच्या पदार्थांच्या यांत्रिक गुणधर्मांचे मूल्यांकन करण्यासाठी उत्पादन शक्ती हा एक महत्त्वाचा निर्देशक आहे. बाह्य शक्तींच्या संपर्कात आल्यावर प्लास्टिकच्या विकृतीला प्रतिकार करण्याची सामग्रीची क्षमता ते प्रतिबिंबित करते.

तन्यता शक्ती

तन्यता शक्ती म्हणजे तन्य भाराखाली नुकसान सहन करण्याची सामग्रीची क्षमता, जी विशेषतः तन्य प्रक्रियेदरम्यान सामग्री सहन करू शकणारे जास्तीत जास्त ताण मूल्य म्हणून व्यक्त केली जाते. जेव्हा सामग्रीवरील तन्यता ताण त्याच्या तन्य शक्तीपेक्षा जास्त होतो, तेव्हा सामग्री प्लास्टिक विकृतीकरण किंवा फ्रॅक्चरला सामोरे जाते.

गणना सूत्र

तन्य शक्ती (σt) साठी गणना सूत्र आहे:

σt = एफ / ए

जिथे F हा नमुना तुटण्यापूर्वी सहन करू शकणारा कमाल तन्य बल (न्यूटन, N) आहे आणि A हा नमुनाचा मूळ क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र (चौरस मिलिमीटर, मिमी²) आहे.

युनिट

तन्य शक्तीचे एकक सहसा MPa (मेगापास्कल) किंवा N/mm² (न्यूटन प्रति चौरस मिलिमीटर) असते. 1 MPa म्हणजे प्रति चौरस मीटर 1,000,000 न्यूटन, जे 1 N/mm² च्या देखील बरोबरीचे आहे.

प्रभावित करणारे घटक

रासायनिक रचना, सूक्ष्म रचना, उष्णता उपचार प्रक्रिया, प्रक्रिया पद्धत इत्यादी अनेक घटकांमुळे तन्य शक्ती प्रभावित होते. वेगवेगळ्या पदार्थांची तन्य शक्ती वेगवेगळी असते, म्हणून व्यावहारिक अनुप्रयोगांमध्ये, पदार्थांच्या यांत्रिक गुणधर्मांवर आधारित योग्य पदार्थ निवडणे आवश्यक आहे.

व्यावहारिक उपयोग

पदार्थ विज्ञान आणि अभियांत्रिकीच्या क्षेत्रात तन्य शक्ती हा एक अतिशय महत्त्वाचा घटक आहे आणि तो अनेकदा पदार्थांच्या यांत्रिक गुणधर्मांचे मूल्यांकन करण्यासाठी वापरला जातो. स्ट्रक्चरल डिझाइन, साहित्य निवड, सुरक्षितता मूल्यांकन इत्यादी बाबतीत, तन्य शक्ती हा एक घटक आहे ज्याचा विचार केला पाहिजे. उदाहरणार्थ, बांधकाम अभियांत्रिकीमध्ये, स्टीलची तन्य शक्ती भार सहन करू शकते की नाही हे ठरवण्यासाठी एक महत्त्वाचा घटक आहे; एरोस्पेसच्या क्षेत्रात, हलक्या आणि उच्च-शक्तीच्या पदार्थांची तन्य शक्ती ही विमानाची सुरक्षितता सुनिश्चित करण्याची गुरुकिल्ली आहे.

थकवा शक्ती:

धातूचा थकवा म्हणजे अशी प्रक्रिया ज्यामध्ये पदार्थ आणि घटक चक्रीय ताण किंवा चक्रीय ताणाखाली एक किंवा अनेक ठिकाणी हळूहळू स्थानिक कायमस्वरूपी संचयी नुकसान निर्माण करतात आणि विशिष्ट संख्येच्या चक्रांनंतर क्रॅक किंवा अचानक पूर्ण फ्रॅक्चर होतात.

वैशिष्ट्ये

वेळेत अचानकपणा: धातूचा थकवा कमी कालावधीत अचानक येतो आणि त्याची स्पष्ट चिन्हे नसतात.

स्थितीत असलेले स्थान: थकवा कमी होणे सामान्यतः अशा स्थानिक भागात होते जिथे ताण केंद्रित असतो.

पर्यावरण आणि दोषांबद्दल संवेदनशीलता: धातूचा थकवा हा वातावरणाबद्दल आणि सामग्रीमधील लहान दोषांबद्दल खूप संवेदनशील असतो, ज्यामुळे थकवा येण्याची प्रक्रिया वेगवान होऊ शकते.

प्रभावित करणारे घटक

ताणाचे मोठेपणा: ताणाचे मोठेपणा धातूच्या थकवा टिकवून ठेवण्याच्या क्षमतेवर थेट परिणाम करते.

सरासरी ताण परिमाण: सरासरी ताण जितका जास्त तितका धातूचा थकवा कमी असतो.

चक्रांची संख्या: धातू जितक्या वेळा चक्रीय ताण किंवा ताणाखाली असेल तितके थकवामुळे होणारे नुकसान अधिक गंभीर होईल.

प्रतिबंधात्मक उपाय

साहित्य निवडीचे ऑप्टिमाइझ करा: जास्त थकवा मर्यादा असलेले साहित्य निवडा.

ताणाचे प्रमाण कमी करणे: स्ट्रक्चरल डिझाइन किंवा प्रक्रिया पद्धतींद्वारे ताणाचे प्रमाण कमी करा, जसे की गोलाकार कोपरा संक्रमण वापरणे, क्रॉस-सेक्शनल आयाम वाढवणे इ.

पृष्ठभाग उपचार: पृष्ठभागावरील दोष कमी करण्यासाठी आणि थकवा कमी करण्यासाठी धातूच्या पृष्ठभागावर पॉलिशिंग, फवारणी इ.

तपासणी आणि देखभाल: क्रॅकसारखे दोष त्वरित शोधण्यासाठी आणि दुरुस्त करण्यासाठी धातूच्या घटकांची नियमितपणे तपासणी करा; थकवा येण्याची शक्यता असलेले भाग, जसे की जीर्ण झालेले भाग बदलणे आणि कमकुवत दुवे मजबूत करणे, यांची देखभाल करा.

धातूचा थकवा हा धातूच्या बिघाडाचा एक सामान्य प्रकार आहे, जो अचानकपणा, स्थानिकता आणि पर्यावरणाच्या संवेदनशीलतेद्वारे दर्शविला जातो. ताणाचे मोठेपणा, सरासरी ताणाचे परिमाण आणि चक्रांची संख्या हे धातूच्या थकव्यावर परिणाम करणारे मुख्य घटक आहेत.

SN वक्र: वेगवेगळ्या ताण पातळींखाली पदार्थांच्या थकवा आयुष्याचे वर्णन करते, जिथे S ताण दर्शवितो आणि N ताण चक्रांची संख्या दर्शवितो.

थकवा शक्ती गुणांक सूत्र:

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

जिथे (Ka) हा भार घटक आहे, (Kb) हा आकार घटक आहे, (Kc) हा तापमान घटक आहे, (Kd) हा पृष्ठभागाच्या गुणवत्तेचा घटक आहे आणि (Ke) हा विश्वासार्हता घटक आहे.

SN वक्र गणितीय अभिव्यक्ती:

(\सिग्मा^मी एन = सी)

जिथे (\sigma) हा ताण आहे, तिथे N हा ताण चक्रांची संख्या आहे आणि m आणि C हे भौतिक स्थिरांक आहेत.

गणना पायऱ्या

पदार्थाचे स्थिरांक निश्चित करा:

प्रयोगांद्वारे किंवा संबंधित साहित्याचा संदर्भ देऊन m आणि C ची मूल्ये निश्चित करा.

ताण एकाग्रता घटक निश्चित करा: ताण एकाग्रता घटक K निश्चित करण्यासाठी भागाचा वास्तविक आकार आणि आकार तसेच फिलेट्स, कीवे इत्यादींमुळे होणारा ताण एकाग्रता विचारात घ्या. थकवा शक्तीची गणना करा: SN वक्र आणि ताण एकाग्रता घटकानुसार, भागाच्या डिझाइन लाइफ आणि कार्यरत ताण पातळीसह एकत्रितपणे, थकवा शक्तीची गणना करा.

२. प्लॅस्टिकिटी:

प्लॅस्टीसीटी म्हणजे एखाद्या पदार्थाचा असा गुणधर्म जो बाह्य बलाच्या संपर्कात आल्यावर, बाह्य बल त्याच्या लवचिक मर्यादेपेक्षा जास्त झाल्यावर तुटल्याशिवाय कायमस्वरूपी विकृतीकरण निर्माण करतो. हे विकृतीकरण अपरिवर्तनीय आहे आणि बाह्य बल काढून टाकले तरीही पदार्थ त्याच्या मूळ आकारात परत येणार नाही.

प्लॅस्टिकिटी इंडेक्स आणि त्याचे गणना सूत्र

वाढ (δ)

व्याख्या: मूळ गेज लांबीपर्यंत नमुना तन्य फ्रॅक्चर झाल्यानंतर गेज विभागाच्या एकूण विकृतीची टक्केवारी म्हणजे वाढ.

सूत्र: δ = (L1 – L0) / L0 × 100%

जिथे L0 ही नमुन्याची मूळ गेज लांबी आहे;

नमुना तुटल्यानंतर L1 ही गेज लांबी आहे.

सेगमेंटल रिडक्शन (Ψ)

व्याख्या: सेगमेंटल रिडक्शन म्हणजे नमुना मूळ क्रॉस-सेक्शनल एरियामध्ये मोडल्यानंतर नेकिंग पॉइंटवर क्रॉस-सेक्शनल एरियामध्ये जास्तीत जास्त रिडक्शनची टक्केवारी.

सूत्र: Ψ = (F0 – F1) / F0 × 100%

जिथे F0 हे नमुन्याचे मूळ क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र आहे;

नमुना तुटल्यानंतर नेकिंग पॉइंटवर F1 हा क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र आहे.

३. कडकपणा

धातूची कडकपणा ही धातूच्या पदार्थांची कडकपणा मोजण्यासाठी एक यांत्रिक गुणधर्म निर्देशांक आहे. ते धातूच्या पृष्ठभागावरील स्थानिक आकारमानातील विकृतीला प्रतिकार करण्याची क्षमता दर्शवते.

धातूच्या कडकपणाचे वर्गीकरण आणि प्रतिनिधित्व

धातूच्या कडकपणाचे वेगवेगळ्या चाचणी पद्धतींनुसार विविध वर्गीकरण आणि प्रतिनिधित्व पद्धती आहेत. प्रामुख्याने खालील गोष्टींचा समावेश करा:

ब्रिनेल कडकपणा (HB):

वापराची व्याप्ती: सामान्यतः जेव्हा पदार्थ मऊ असतो, जसे की नॉन-फेरस धातू, स्टील उष्णता उपचारापूर्वी किंवा अॅनिलिंग नंतर वापरले जाते.

चाचणी तत्व: विशिष्ट आकाराच्या चाचणी भारासह, चाचणी करण्यासाठी धातूच्या पृष्ठभागावर विशिष्ट व्यासाचा एक कडक स्टील बॉल किंवा कार्बाइड बॉल दाबला जातो आणि विशिष्ट वेळेनंतर भार उतरवला जातो आणि चाचणी करायच्या पृष्ठभागावरील इंडेंटेशनचा व्यास मोजला जातो.

गणना सूत्र: ब्रिनेल कडकपणा मूल्य म्हणजे भाराला इंडेंटेशनच्या गोलाकार पृष्ठभागाच्या क्षेत्रफळाने भागून मिळवलेला भागफल.

रॉकवेल कडकपणा (HR):

वापराची व्याप्ती: सामान्यतः जास्त कडकपणा असलेल्या पदार्थांसाठी वापरले जाते, जसे की उष्णता उपचारानंतर कडकपणा.

चाचणी तत्व: ब्रिनेल कडकपणा प्रमाणेच, परंतु भिन्न प्रोब (हिरा) आणि भिन्न गणना पद्धती वापरून.

प्रकार: वापराच्या आधारावर, HRC (उच्च कडकपणाच्या सामग्रीसाठी), HRA, HRB आणि इतर प्रकार आहेत.

विकर्स कडकपणा (HV):

वापराची व्याप्ती: सूक्ष्मदर्शक विश्लेषणासाठी योग्य.

चाचणी तत्व: १२० किलोपेक्षा कमी भार असलेल्या आणि १३६° च्या शिरोबिंदू कोनासह डायमंड स्क्वेअर कोन इंडेंटरसह मटेरियल पृष्ठभागावर दाबा आणि विकर्स कडकपणा मूल्य मिळविण्यासाठी मटेरियल इंडेंटेशन पिटच्या पृष्ठभागाचे क्षेत्रफळ लोड मूल्याने विभाजित करा.

लीब कडकपणा (HL):

वैशिष्ट्ये: पोर्टेबल कडकपणा परीक्षक, मोजण्यास सोपे.

चाचणी तत्व: कडकपणाच्या पृष्ठभागावर आघात केल्यानंतर इम्पॅक्ट बॉल हेडने निर्माण होणारा बाउन्स वापरा आणि नमुना पृष्ठभागापासून इम्पॅक्ट गतीच्या 1 मिमी वर पंचच्या रिबाउंड गतीच्या गुणोत्तराने कडकपणा मोजा.