मेटल सामग्रीच्या यांत्रिक गुणधर्मांचा सारांश

स्ट्रेचिंग प्रक्रियेदरम्यान होणाऱ्या नुकसानास प्रतिकार करण्यासाठी मेटल सामग्रीची क्षमता निर्धारित करण्यासाठी ताकदीची तन्य चाचणी प्रामुख्याने वापरली जाते आणि सामग्रीच्या यांत्रिक गुणधर्मांचे मूल्यांकन करण्यासाठी हे एक महत्त्वाचे संकेतक आहे.

1. तन्य चाचणी

तन्य चाचणी ही मटेरियल मेकॅनिक्सच्या मूलभूत तत्त्वांवर आधारित आहे. विशिष्ट परिस्थितीत सामग्रीच्या नमुन्यावर तन्य भार लागू केल्याने, नमुना खंडित होईपर्यंत ते तन्य विकृतीस कारणीभूत ठरते. चाचणी दरम्यान, वेगवेगळ्या भारांखाली प्रायोगिक नमुन्याचे विकृत रूप आणि नमुना ब्रेक रेकॉर्ड केल्यावर जास्तीत जास्त भार, ज्यामुळे उत्पादन शक्ती, तन्य शक्ती आणि सामग्रीचे इतर कार्यप्रदर्शन निर्देशक मोजले जातात.

ताण σ = F/A

σ ही तन्य शक्ती (MPa) आहे

F हा तन्य भार (N) आहे

A हे नमुन्याचे क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र आहे

2. तन्य वक्र

स्ट्रेचिंग प्रक्रियेच्या अनेक टप्प्यांचे विश्लेषण:

a लहान भार असलेल्या ओपी स्टेजमध्ये, लांबी लोडशी एक रेषीय संबंधात असते आणि सरळ रेषा राखण्यासाठी Fp हा कमाल भार असतो.

b लोड Fp ओलांडल्यानंतर, तन्य वक्र नॉन-रेखीय संबंध घेण्यास सुरुवात करते. नमुना प्रारंभिक विकृत अवस्थेत 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 अवशिष्ट विकृतीचा काही भाग कायम ठेवला जातो, ज्याला प्लास्टिक विकृती म्हणतात. Fe ला लवचिक मर्यादा म्हणतात.

d जेव्हा भार आणखी वाढतो, तेव्हा तन्य वक्र सॉटूथ दाखवते. जेव्हा भार वाढत नाही किंवा कमी होत नाही, तेव्हा प्रायोगिक नमुना सतत वाढवण्याच्या घटनेला उत्पन्न म्हणतात. उत्पन्न झाल्यानंतर, नमुना स्पष्ट प्लास्टिक विकृत होण्यास सुरवात करतो.

e उत्पादन दिल्यानंतर, नमुना विकृती प्रतिरोधकता, कार्य कठोर करणे आणि विकृती मजबूत करणे दर्शवितो. जेव्हा लोड Fb वर पोहोचते, तेव्हा नमुन्याचा समान भाग झपाट्याने कमी होतो. Fb ही ताकद मर्यादा आहे.

f संकोचन घटनेमुळे नमुन्याची वहन क्षमता कमी होते. जेव्हा लोड Fk वर पोहोचतो तेव्हा नमुना खंडित होतो. याला फ्रॅक्चर लोड म्हणतात.

उत्पन्न शक्ती

उत्पादन शक्ती हे जास्तीत जास्त ताण मूल्य आहे जे धातूचे साहित्य प्लास्टिकच्या विकृतीच्या सुरुवातीपासून ते बाह्य शक्तीच्या अधीन असताना फ्रॅक्चर पूर्ण करण्यासाठी सहन करू शकते. हे मूल्य गंभीर बिंदू चिन्हांकित करते जेथे सामग्री लवचिक विकृतीच्या अवस्थेपासून प्लास्टिकच्या विकृतीच्या अवस्थेकडे संक्रमण करते.

वर्गीकरण

अप्पर यील्ड स्ट्रेंथ: पहिल्यांदा जेव्हा पीक येते तेव्हा शक्ती कमी होण्यापूर्वी नमुन्याच्या जास्तीत जास्त ताणाचा संदर्भ देते.

कमी उत्पन्न शक्ती: जेव्हा प्रारंभिक क्षणिक परिणामाकडे दुर्लक्ष केले जाते तेव्हा उत्पन्नाच्या टप्प्यातील किमान ताणाचा संदर्भ देते. कमी उत्पन्न बिंदूचे मूल्य तुलनेने स्थिर असल्याने, ते सामान्यतः सामग्री प्रतिरोधकतेचे सूचक म्हणून वापरले जाते, ज्याला उत्पन्न बिंदू किंवा उत्पन्न शक्ती म्हणतात.

गणना सूत्र

वरच्या उत्पन्नाच्या सामर्थ्यासाठी: R = F/Sₒ, जेथे F हे उत्पत्तीच्या टप्प्यात प्रथमच बल कमी होण्याआधीचे कमाल बल आहे आणि Sₒ हे नमुन्याचे मूळ क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र आहे.

कमी उत्पन्नाच्या सामर्थ्यासाठी: R = F / Sₒ, जेथे प्रारंभिक क्षणिक प्रभावाकडे दुर्लक्ष करून F हे किमान बल F आहे आणि Sₒ हे नमुन्याचे मूळ क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र आहे.

युनिट

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

उदाहरण

एक उदाहरण म्हणून कमी कार्बन स्टील घ्या, त्याची उत्पन्न मर्यादा सहसा 207MPa असते. या मर्यादेपेक्षा जास्त बाह्य शक्तीच्या अधीन असताना, कमी कार्बन स्टील कायमचे विकृती निर्माण करेल आणि पुनर्संचयित केले जाऊ शकत नाही; या मर्यादेपेक्षा कमी बाह्य शक्तीच्या अधीन असताना, कमी कार्बन स्टील त्याच्या मूळ स्थितीत परत येऊ शकते.

मेटल सामग्रीच्या यांत्रिक गुणधर्मांचे मूल्यांकन करण्यासाठी उत्पन्न शक्ती हे एक महत्त्वाचे संकेतक आहे. हे बाह्य शक्तींच्या अधीन असताना प्लास्टिकच्या विकृतीचा प्रतिकार करण्याची सामग्रीची क्षमता प्रतिबिंबित करते.

तन्य शक्ती

तन्य शक्ती ही तन्य भार अंतर्गत नुकसानास प्रतिकार करण्याची सामग्रीची क्षमता आहे, जी विशेषत: तन्य प्रक्रियेदरम्यान सामग्री सहन करू शकणारे जास्तीत जास्त ताण मूल्य म्हणून व्यक्त केली जाते. जेव्हा सामग्रीवरील ताण तणाव त्याच्या तन्य शक्तीपेक्षा जास्त असेल तेव्हा सामग्री प्लास्टिक विकृत किंवा फ्रॅक्चर होईल.

गणना सूत्र

तन्य शक्ती (σt) साठी गणना सूत्र आहे:

σt = F/A

जेथे F हे जास्तीत जास्त तन्य बल (न्यूटन, एन) आहे जे तुटण्यापूर्वी नमुना सहन करू शकते आणि A हे नमुन्याचे मूळ क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र आहे (चौरस मिलिमीटर, मिमी²).

युनिट

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

प्रभावित करणारे घटक

रासायनिक रचना, सूक्ष्म संरचना, उष्णता उपचार प्रक्रिया, प्रक्रिया पद्धत इत्यादींसह अनेक घटकांद्वारे तन्य शक्ती प्रभावित होते. भिन्न सामग्रीमध्ये भिन्न तन्य शक्ती असते, म्हणून व्यावहारिक अनुप्रयोगांमध्ये, यांत्रिक गुणधर्मांवर आधारित योग्य सामग्री निवडणे आवश्यक आहे. साहित्य

व्यावहारिक अनुप्रयोग

सामग्री विज्ञान आणि अभियांत्रिकी क्षेत्रातील तन्यता सामर्थ्य हा एक अतिशय महत्त्वाचा मापदंड आहे आणि बहुतेकदा सामग्रीच्या यांत्रिक गुणधर्मांचे मूल्यांकन करण्यासाठी वापरला जातो. स्ट्रक्चरल डिझाईन, सामग्रीची निवड, सुरक्षितता मूल्यांकन इत्यादींच्या बाबतीत, तन्य शक्ती हा एक घटक आहे ज्याचा विचार करणे आवश्यक आहे. उदाहरणार्थ, बांधकाम अभियांत्रिकीमध्ये, स्टीलची तन्य शक्ती हा भार सहन करू शकतो की नाही हे निर्धारित करण्यासाठी एक महत्त्वाचा घटक आहे; एरोस्पेस क्षेत्रात, हलक्या वजनाच्या आणि उच्च-शक्तीच्या सामग्रीची तन्य शक्ती ही विमानाची सुरक्षितता सुनिश्चित करण्याची गुरुकिल्ली आहे.

थकवा शक्ती:

धातूचा थकवा म्हणजे ज्या प्रक्रियेमध्ये पदार्थ आणि घटक हळूहळू एक किंवा अनेक ठिकाणी चक्रीय ताण किंवा चक्रीय ताणाखाली स्थानिक कायमस्वरूपी संचयी नुकसान निर्माण करतात आणि विशिष्ट चक्रानंतर क्रॅक किंवा अचानक पूर्ण फ्रॅक्चर होतात.

वैशिष्ट्ये

वेळेत आकस्मिकता: मेटल थकवा अपयश अनेकदा स्पष्ट चिन्हे न अल्प कालावधीत अचानक उद्भवते.

स्थितीत स्थानिकता: थकवा अपयश सामान्यतः स्थानिक भागात उद्भवते जेथे तणाव केंद्रित असतो.

पर्यावरण आणि दोषांबद्दल संवेदनशीलता: धातूचा थकवा पर्यावरण आणि सामग्रीच्या आत असलेल्या लहान दोषांबद्दल अतिशय संवेदनशील आहे, ज्यामुळे थकवा प्रक्रियेला गती मिळू शकते.

प्रभावित करणारे घटक

ताण मोठेपणा: तणावाचे परिमाण थेट धातूच्या थकवा जीवनावर परिणाम करते.

सरासरी ताण परिमाण: सरासरी ताण जितका जास्त असेल तितके धातूचे थकवा आयुष्य कमी होईल.

चक्रांची संख्या: धातू जितक्या जास्त वेळा चक्रीय ताण किंवा ताणाखाली असेल, तितकेच थकवा हानीचे संचय अधिक गंभीर होईल.

प्रतिबंधात्मक उपाय

सामग्रीची निवड ऑप्टिमाइझ करा: उच्च थकवा मर्यादा असलेली सामग्री निवडा.

ताण एकाग्रता कमी करणे: स्ट्रक्चरल डिझाइन किंवा प्रक्रिया पद्धतींद्वारे ताण एकाग्रता कमी करा, जसे की गोलाकार कोपरा संक्रमणे वापरणे, क्रॉस-सेक्शनल आयाम वाढवणे इ.

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

तपासणी आणि देखभाल: क्रॅक सारख्या दोषांचा त्वरित शोध आणि दुरुस्ती करण्यासाठी धातूच्या घटकांची नियमित तपासणी करा; थकवा येण्याची शक्यता असलेल्या भागांची देखभाल करा, जसे की खराब झालेले भाग बदलणे आणि कमकुवत दुवे मजबूत करणे.

मेटल थकवा हा एक सामान्य मेटल फेल्युअर मोड आहे, जो अचानकपणा, स्थानिकता आणि पर्यावरणास संवेदनशीलता द्वारे दर्शविले जाते. ताण मोठेपणा, सरासरी ताण परिमाण आणि चक्रांची संख्या हे धातूच्या थकवावर परिणाम करणारे मुख्य घटक आहेत.

SN वक्र: विविध तणाव पातळींखालील सामग्रीच्या थकवा जीवनाचे वर्णन करते, जेथे S तणाव दर्शवतो आणि N ताण चक्रांची संख्या दर्शवतो.

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) तापमानाचा घटक आहे, (Kd) हा पृष्ठभागाच्या गुणवत्तेचा घटक आहे आणि (Ke) हा विश्वासार्हता घटक आहे.

SN वक्र गणितीय अभिव्यक्ती:

(\sigma^m N = C)

जिथे (\sigma) तणाव आहे, N ही तणाव चक्रांची संख्या आहे आणि m आणि C ही भौतिक स्थिरांक आहेत.

गणना चरण

भौतिक स्थिरांक निश्चित करा:

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

ताण एकाग्रता घटक निश्चित करा: भागाचा वास्तविक आकार आणि आकार, तसेच फिलेट्स, कीवे इत्यादींमुळे होणारे ताण एकाग्रता विचारात घ्या, ताण एकाग्रता घटक K. थकवा शक्तीची गणना करा: SN वक्र आणि ताणानुसार एकाग्रता घटक, भागाच्या डिझाइन लाइफ आणि कामाच्या ताण पातळीसह एकत्रित, थकवा शक्तीची गणना करा.

2. प्लॅस्टिकिटी:

प्लॅस्टीसिटी म्हणजे एखाद्या सामग्रीच्या गुणधर्माचा संदर्भ देते जे बाह्य शक्तीच्या अधीन असताना, बाह्य शक्ती त्याच्या लवचिक मर्यादा ओलांडते तेव्हा खंडित न होता कायमस्वरूपी विकृती निर्माण करते. ही विकृती अपरिवर्तनीय आहे आणि बाह्य शक्ती काढून टाकली तरीही सामग्री त्याच्या मूळ आकारात परत येणार नाही.

प्लॅस्टिकिटी इंडेक्स आणि त्याची गणना सूत्र

वाढवणे (δ)

व्याख्या: नमुन्याचे मूळ गेज लांबीपर्यंत तन्य फ्रॅक्चर झाल्यानंतर गेज विभागाच्या एकूण विकृतीची टक्केवारी म्हणजे वाढवणे.

सूत्र: δ = (L1 – L0) / L0 × 100%

जेथे L0 ही नमुन्याची मूळ गेज लांबी आहे;

नमुना तुटल्यानंतर L1 ही गेज लांबी असते.

सेगमेंटल रिडक्शन (Ψ)

व्याख्या: सेगमेंटल रिडक्शन म्हणजे नमुने मूळ क्रॉस-सेक्शनल एरियाशी मोडल्यानंतर नेकिंग पॉइंटवर क्रॉस-सेक्शनल एरियामध्ये जास्तीत जास्त घट होण्याची टक्केवारी.

सूत्र: Ψ = (F0 – F1) / F0 × 100%

जेथे F0 हे नमुन्याचे मूळ क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र आहे;

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

3. कडकपणा

धातूची कठोरता ही मेटल सामग्रीची कडकपणा मोजण्यासाठी एक यांत्रिक गुणधर्म निर्देशांक आहे. हे धातूच्या पृष्ठभागावरील स्थानिक व्हॉल्यूममध्ये विकृतीचा प्रतिकार करण्याची क्षमता दर्शवते.

मेटल कडकपणाचे वर्गीकरण आणि प्रतिनिधित्व

वेगवेगळ्या चाचणी पद्धतींनुसार धातूच्या कडकपणामध्ये विविध प्रकारचे वर्गीकरण आणि प्रतिनिधित्व पद्धती आहेत. प्रामुख्याने खालील गोष्टींचा समावेश होतो:

ब्रिनेल कडकपणा (HB):

अर्जाची व्याप्ती: सामान्यत: जेव्हा सामग्री मऊ असते तेव्हा वापरली जाते, जसे की नॉन-फेरस धातू, उष्मा उपचारापूर्वी किंवा ॲनिलिंगनंतर स्टील.

चाचणी तत्त्व: चाचणी लोडच्या विशिष्ट आकारासह, विशिष्ट व्यासाचा कठोर स्टीलचा बॉल किंवा कार्बाइड बॉल तपासण्यासाठी धातूच्या पृष्ठभागावर दाबला जातो आणि निर्दिष्ट वेळेनंतर लोड उतरविला जातो आणि इंडेंटेशनचा व्यास चाचणी करण्यासाठी पृष्ठभागावर मोजले जाते.

गणना सूत्र: ब्रिनेल कठोरता मूल्य हे इंडेंटेशनच्या गोलाकार पृष्ठभागाच्या क्षेत्राद्वारे लोड विभाजित करून प्राप्त केलेले भागफल आहे.

रॉकवेल कडकपणा (HR):

अनुप्रयोगाची व्याप्ती: सामान्यतः उच्च कडकपणा असलेल्या सामग्रीसाठी वापरली जाते, जसे की उष्णता उपचारानंतर कठोरता.

चाचणी तत्त्व: ब्रिनेल कडकपणा प्रमाणेच, परंतु भिन्न प्रोब (डायमंड) आणि भिन्न गणना पद्धती वापरणे.

प्रकार: अर्जावर अवलंबून, HRC (उच्च कडकपणा सामग्रीसाठी), HRA, HRB आणि इतर प्रकार आहेत.

विकर्स कडकपणा (HV):

अर्जाची व्याप्ती: सूक्ष्मदर्शक विश्लेषणासाठी योग्य.

चाचणी तत्त्व: 120kg पेक्षा कमी लोड असलेल्या मटेरियल पृष्ठभागावर आणि 136° च्या शिरोबिंदू कोनासह डायमंड स्क्वेअर कोन इंडेंटर दाबा आणि विकर्स कडकपणा मूल्य मिळविण्यासाठी मटेरियल इंडेंटेशन पिटच्या पृष्ठभागाचे क्षेत्रफळ लोड मूल्याने विभाजित करा.

लीब कडकपणा (HL):

वैशिष्ट्ये: पोर्टेबल कडकपणा परीक्षक, मोजण्यासाठी सोपे.

चाचणी तत्त्व: कडकपणाच्या पृष्ठभागावर प्रभाव टाकल्यानंतर इम्पॅक्ट बॉल हेडद्वारे व्युत्पन्न होणारा बाऊन्स वापरा आणि नमुना पृष्ठभागापासून प्रभावाच्या गतीपर्यंत 1 मिमीच्या पंचाच्या रिबाउंड गतीच्या गुणोत्तरानुसार कठोरपणाची गणना करा.