Alle 14 mechanische eigenschappen van materialen met voorbeelden

Wat zijn de mechanische eigenschappen van materialen?

De mechanische eigenschappen van materialen definieer het gedrag van materialen onder invloed van externe krachten, belastingen genoemd. Ze zijn een maatstaf voor de sterkte en duurzaamheid van een materiaal in gebruik en zijn van groot belang bij het ontwerp van gereedschappen, machines en constructies.

Mechanische eigenschappen zijn structuurgevoelig in die zin dat ze afhangen van de kristalstructuur en het bindingsproces en vooral van de aard en het gedrag van de onvolkomenheden die in het kristal zelf of aan de korrelgrenzen bestaan.

De belangrijkste en meest bruikbare Mechanische eigenschappen van materialen worden hieronder kort uitgelegd om ervoor te zorgen dat de lezers snel en verstandig het juiste materiaal voor een bepaald ontwerp kunnen kiezen.

1. Kracht

De kracht van een materiaal is zijn vermogen om te worden getest en vernietigd onder invloed van externe belastingen. De sterkere het materiaal de grotere de belasting het kan weerstaan. Het bepaalt daarom het vermogen van een materiaal om de standspanning zonder falen te doorstaan. Omdat de sterkte varieert afhankelijk van het type belasting. Het is mogelijk om trek-, druk-, schuif- of torsiekrachten op te heffen.

De maximale spanning die een materiaal kan weerstaan ​​voordat het wordt vernietigd, wordt de ultieme sterkte genoemd . De neiging van een materiaal is zijn ultieme treksterkte.

2. Elasticiteit

Elasticiteit is die mechanische eigenschappen van materialen op grond waarvan vervorming veroorzaakt door toegepaste belasting verdwijnt bij verwijdering van de lading . Met andere woorden, elasticiteit van een materiaal is het vermogen om terug te keren naar zijn oorspronkelijke positie na vervorming wanneer de spanning of belasting wordt verwijderd. Elasticiteit is een trekeigenschap van het materiaal.

• Proportionele limiet :- Het is de maximale spanning waaronder een materiaal een perfect uniforme spanningssnelheid behoudt. Hoewel deze waarde moeilijk te meten is, wordt hij gebruikt in belangrijke toepassingen zoals precisie-instrumenten, veren, enz.
• Elastische limiet :- De meeste materialen kunnen iets boven de proportionele limiet worden benadrukt zonder een permanente set te nemen. De grootste spanning die een materiaal kan doorstaan ​​zonder een permanente set op te nemen, wordt elastische limiet genoemd . Voorbij de elastische limiet, daarom vindt het materiaal in zijn oorspronkelijke vorm en permanente verandering plaats.
• Opbrengstpunt :- Bij een bepaalde spanning bieden ductiele materialen vooral geen weerstand meer tegen trekkrachten, d.w.z. ze vloeien en er vindt een relatief grote permanente verandering plaats zonder een merkbare toename van de belasting. Dit punt wordt opbrengpunt genoemd. Sommige materialen vertonen een definitieve vloeigrens , in welk geval de vloeispanning of vloeigrens gewoon de spanning op dit punt is. Zacht staal is hier een voorbeeld van.
• Bewijs stress :- De meeste ductiele materialen vertonen een progressieve vloeigrens en een andere maatstaf voor vloeispanning, gewoonlijk bekend als proefdruk.Bewijsspanning wordt gedefinieerd als de hoeveelheid spanning die een materiaal kan weerstaan ​​zonder meer dan een kleine hoeveelheid set nodig te hebben, met als gemeenschappelijke maat 0,1 of 0,2% van de oorspronkelijke meetlengte .

3. Stijfheid

De weerstand van een materiaal tegen elastische vervorming of doorbuiging wordt stijfheid genoemd of stijfheid . Een materiaal dat onder belasting licht vervormt, heeft een hoge mate van stijfheid of stijfheid. Hangbalken van staal en aluminium kunnen bijvoorbeeld beide sterk genoeg zijn om de vereiste belasting te dragen, maar het aluminium zal ”doorzakken ”of afbuigen verder. Met andere woorden, de stalen balk is stijver of stijver dan aluminium balk.

Als het materiaal de wet van de haak volgt, d.w.z. heeft een lineaire spanning-rekrelatie, de stijfheid wordt gemeten door de modulus E van de jongelui . Hoe hoger de waarde van de Young's modulus, hoe stijver het materiaal.

Bij trek- en drukspanning wordt dit stijfheidsmodulus . genoemd of "elasticiteitsmodulus ”; in afschuiving, de stijfheidsmodulus , en dit is meestal 40% van de waarde van de Young's modulus voor veelgebruikte materialen; in volumetrische vervorming, de bulkmodulus.

De term flexibiliteit wordt soms gebruikt als het tegenovergestelde van stijfheid. Flexibiliteit heeft echter meestal te maken met buigen of buigen. Het kan ook het gebruik van buigen in het plastic bereik impliceren.

4. Plasticiteit

De plasticiteit van een materiaal is het vermogen om een ​​zekere graad van permanente vervorming te ondergaan zonder breuk van mislukking. Plastische vervorming vindt pas plaats nadat het elastische bereik is overschreden.

Plasticiteit is belangrijk bij het vormen, vormen, extruderen en vele andere warme of koude werkprocessen. Materialen zoals klei, lood. enz. zijn plastic bij kamertemperatuur en het staal is plastic bij felle hitte. Over het algemeen neemt de plasticiteit toe met toenemende temperatuur.

5. Ductiliteit

Ductiliteit is een van de mechanische eigenschappen van een materiaal waardoor het uitgetrokken kan worden in dunne draad . Zacht staal is een ductiel materiaal. Het percentage rek en de vermindering van het spanningsgebied wordt vaak gebruikt als een empirische maat voor de ductiliteit.

6. Kneedbaarheid (Mechanische eigenschappen van materialen)

Kneedbaarheid van een materiaal is het vermogen om te worden afgevlakt tot dunne platen zonder te barsten door warm of koud werken. Aluminium, koper, tin, lood, staal, enz. zijn kneedbare metalen.

Het is belangrijk op te merken dat sommige materialen kneedbaar en kneedbaar kunnen zijn. Leiding kan bijvoorbeeld gemakkelijk tot dunne platen worden gerold en gehamerd, maar kan niet tot draad worden getrokken. Hoewel ductiliteit en kneedbaarheid vaak door elkaar worden gebruikt, wordt ductiliteit beschouwd als een trekkwaliteit, terwijl de kneedbaarheid wordt beschouwd als een compressieve kwaliteit.

De woorden taaiheid en kneedbaarheid maken het bijna synoniem met verwerkbaarheid of vormbaarheid wat duidelijk verband houdt met plastische vervorming.

7. Veerkracht

Veerkracht is een mechanische eigenschap van materialen die de capaciteit . heeft van een materiaal om energieverlies te absorberen bij het verwijderen van de lading. De opgeslagen energie wordt precies weergegeven in een string als de belasting wordt verwijderd.

De maximale energie die kan worden opgeslagen in een lichaam met een elastische limiet, wordt de bewezen veerkracht . genoemd , en de bewezen veerkracht per volume-eenheid heet modulus van veerkracht . Met andere woorden, de veerkrachtmodulus wordt gedefinieerd als de hoeveelheid energie die nodig is om het eenheidsvolume van een materiaal tot zijn proportionele limiet te belasten. De hoeveelheid geeft de capaciteit van het materiaal om schokken en trillingen te dragen.

8. Taaiheid

De taaiheid is een maat voor de hoeveelheid energie die een materiaal kan absorberen voordat daadwerkelijke breuk of storing plaatsvindt. Als er bijvoorbeeld plotseling een belasting wordt uitgeoefend op een stuk zacht staal en vervolgens op een stuk glas, zal het zacht staal veel meer energie opnemen voordat het defect raakt. Zo wordt gezegd dat zacht staal veel taaier is dan glas.

De taaiheid van een materiaal is het vermogen om zowel plastische als elastische vervormingen te weerstaan. Het is daarom een ​​zeer wenselijke kwaliteit voor constructie- en machineonderdelen die schokken en trillingen moeten kunnen weerstaan. Mangaanstaal, smeedijzer, zacht staal, enz. zijn taaie materialen.

Het werk of de energie die een materiaal absorbeert, wordt soms de taaiheidsmodulus genoemd. Taaiheid is gerelateerd aan slagvastheid, d.w.z. dat betekent weerstand tegen soch-belasting.

9. Hardheid (Mechanische eigenschappen van materialen)

Hardheid is een fundamentele eigenschap die nauw verband houdt met kracht. Hardheid wordt meestal gedefinieerd in termen van het vermogen van een materiaal om bestand te zijn tegen krassen, schuren, snijden, inkepingen of penetratie. Het is belangrijk op te merken dat de hardheid van een metaal niet direct gerelateerd is aan de hardbaarheid van het metaal.

Er zijn nu veel methoden in gebruik om de hardheid van materiaal te bepalen. Het zijn Brinell, Rockwell en Vickers .

10. Hardbaarheid

Hardbaarheid geeft de hardheidsgraad . aan dat kan worden verleend aan metaal, met name staal, door het proces van harden. Het bepaalt de diepte en verdeling van de hardheid die wordt veroorzaakt door afschrikken . De hardbaarheid van een metaal wordt bepaald door een Jominy-test om te bepalen hoe goed een metaalhardheid van het midden van het metaal naar het grensvlak van het metaal is. De Jominy-test (ISO 642:1999) omvat het verhitten van een proefstuk van het staal (25 mm diameter en 100 mm lang) tot een austenitiserende temperatuur en blussen vanaf het ene uiteinde met een gecontroleerde en gestandaardiseerde waterstraal. Een metaal dat door zijn hele structuur kan worden gehard, zou een hogere hardbaarheid hebben.

11. Broosheid (Mechanische eigenschappen van materialen)

De brosheid van een materiaal is de eigenschap van breken zonder veel permanente vervorming. Er zijn veel materialen die breken of falen voordat er veel vervorming plaatsvindt.

Dergelijke materialen zijn broos, bijvoorbeeld glas, gietijzer. Daarom wordt van een niet-ductiel materiaal gezegd dat het het brosse materiaal is.

Gewoonlijk is de treksterkte van brosse materialen slechts een fractie van hun totale sterkte.

12. Bewerkbaarheid

Bewerkbaarheid is geen intrinsieke mechanische eigenschappen van materialen, maar eerder het resultaat van complexe interactie tussen het werkstuk en verschillende snij-inrichtingen die met verschillende snelheden onder verschillende smeeromstandigheden worden gebruikt. Als resultaat wordt de bewerkbaarheid empirisch gemeten, waarbij het resultaat alleen toepasbaar is onder vergelijkbare omstandigheden.

Eenvoudig gezegd is het echter het gemak waarmee een metaal kan worden verwijderd bij verschillende machinale bewerkingen. Een goede bewerkbaarheid impliceert bevredigende resultaten bij de bewerking.

De bewerkbaarheid van metaal wordt aangegeven met een percentage wat is bewerkbaarheidsindex . Alle machines metalen worden vergeleken met een basisstandaard. Het standaardmetaal dat wordt gebruikt voor 100 procent bewerkbaarheid is vrijsnijdend staal. Bewerkbaarheidsindex van koolstofstaal varieert over het algemeen van 40 tot 60 procent, en die van gietijzer van 50 tot 80 procent.

13. Kruip

Kruip is de mechanische eigenschappen van materialen. De langzame en progressieve vervorming van een materiaal met tijd bij constante spanning heet kruip . Het eenvoudigste type kruipvervorming is viskeuze vloei .

Afhankelijk van de temperatuur, spanning zelfs onder de elastische limiet en enige blijvende vervorming veroorzaken. Het wordt meestal gedefinieerd als een tijdsafhankelijke spanning die optreedt onder stress. Metalen vertonen over het algemeen kruip bij de hoogste temperaturen, terwijl plastic, rubber en soortgelijke amorfe materialen zeer temperatuurgevoelig zijn voor kruip.

Er zijn drie fasen van kruip. Bij de eerste rekt het materiaal snel maar in afnemende mate uit. In de tweede fase is de reksnelheid constant. In de 3e fase neemt de reksnelheid snel toe totdat het materiaal bezwijkt. De spanning voor een gespecificeerde reksnelheid bij constante temperatuur wordt kruipsterkte genoemd.

14. Vermoeidheid (Mechanische eigenschappen van materialen)

De vermoeidheid eigenschappen van een materiaal bepalen zijn gedrag wanneer het wordt onderworpen aan duizenden of zelfs miljoenen cyclische belasting toepassingen waarbij de maximale spanning die in elke cyclus wordt ontwikkeld ruim binnen het elastische bereik van het materiaal ligt. Onder deze omstandigheden kan er een storing optreden na een bepaald aantal belastingstoepassingen, of het materiaal kan voor onbepaalde tijd dienst blijven doen. In veel gevallen is een component ontworpen om een ​​bepaalde levensduur te geven bij een gespecificeerde laadcyclus; veel onderdelen van snelle aero- en turbinemotoren zijn van dit type.

Dit waren dus allemaal de verschillende Mechanische eigenschappen van materialen wat handig is om inzicht te krijgen in welk type materiaal moet worden gekozen op basis van de vereiste.