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Spannungs-Dehnungs-Eigenschaften der Stähle

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Stahl ist ein allgemeiner Begriff für Eisen mit Kohlenstoff und anderen Elementen wie Chrom, Mangan und Nickel legiert.

Variationen in der Zusammensetzung und Verarbeitung Methoden können seine Eigenschaften für den Bau von Autos, Brücken und Hochhäuser, um nur einige der fast unendlichen Einsatzmöglichkeiten zu nennen anpassen.

Steels Antwort laden zu verstehen ist wichtig, beim sicheren Gebäuden und Strukturen zu entwerfen. Ein grundlegendes Werkzeug für die Modellierung von Materialeigenschaften ist die Spannungs-Dehnungs-Kurve.

Wir verwenden den einachsigen Zugversuch, um elastische und unelastische Verhalten eines warmgewalzten Stahl und eine harte kaltgewalzter Stahl, die niedrige und hohe Grenzen bzw. der Zugfestigkeiten im Tiefbau darstellen zu studieren.

Stress wird definiert als die Kraft geteilt durch die Fläche auf die er angewendet wird. Dehnung ist die Längenänderung dividiert durch die Ausgangslänge. Spannungs-Dehnungs-Kurven beschreiben die elastischen und unelastischen Eigenschaften der Materialien zeigen, wie ein Material wie Stahl entspricht Kraft aufgebracht.

Die einachsige Zugversuch wird typischerweise zum Studium Stress und Anspannung. In diesem Test eine Maschine langsam zieht die Enden einer Probe mit immer mehr Kraft und misst die daraus resultierenden Dehnung. Das Metall Zugversuch beschreibt ASTM E8, bestimmt die Art und Größe der Probe, der Art der Ausrüstung und die Daten gemeldet werden.

Die Spannungs-Dehnungs-Kurve zeigt viele Eigenschaften des Materials unter Test. Unter ihnen Elastizitätsmodul (die Steigung der ersten linearen Bereichs, wo Verformung proportional zum Laden ist), e-Modul von Resilienz (der Bereich unterhalb der linearen Region, die ein Material Kapazität Energie ohne bleibende Verformung aufnehmen misst), proportional-Grenze (die Spannung an den Punkt der Kurve von Linearität abweicht), Ertrag Punkte (wo stress versus Belastung plötzlich abnimmt oder Änderungen) und Ertrag Plateau (wo Verformung steigt ohne Stress zu erhöhen).

Stahl ist ein duktiles Material. Duktilität ist definiert als die Längenänderung bei Ausfall dividiert durch die Ausgangslänge. Härte ist die Fähigkeit eines Materials, Energie zu absorbieren, bevor es bricht.

Jetzt, wo wir einige der grundlegenden Eigenschaften der Materialien zu verstehen, betrachten wir eine Methode, um Stress und Anspannung im Labor zu messen und untersuchen das Verhältnis zwischen diesen beiden Größen.

Erhalten Sie zylindrische Probekörper für zwei Arten von Stahl, eine mild und warm gewalzte, z. B. A36 und eine hart und kalt gewalztes, wie C1018.

Verwenden Sie einen Bremssattel, um den Durchmesser an mehreren Standorten in der Nähe der Mitte der Probe zu messen. Machen Sie diese Messungen, die nächste 2000. Zoll.

Als nächstes festhalten Sie die Probe gut. Schreiber eine Manometer-Länge von etwa zwei Zoll. Die Marke klar zu machen, aber sehr flach, um zu vermeiden, erstellen eine Spannungskonzentration, die zum Bruch führen kann. Messen Sie die tatsächliche Spurweite Länge zu den nächstgelegenen 2000. Zoll markiert.

Zum Schluss installieren Sie ein DMS. Das Exemplar ist nun bereit zum Testen.

Wir werden eine universelle Maschine oder UTM, Tests verwenden, um die Zugfestigkeit Eigenschaften der Proben zu messen. Schalten Sie die Prüfmaschine und Initialisieren der Software. Richten Sie entsprechende grafische Darstellung und Daten Aufnahmeparameter, wählen Sie dann eine Test-Prozedur, die mit dem ASTM E8-Protokoll kompatibel ist.

Eingestellten Dehnraten für geringe Belastungen NULL auf 5 % und für hohe Belastung bzw. reicht mehr als 5 %. Diese sollte in der Nähe von 0,05 Zoll pro Minute für das initiale Laden und 0,5 Zoll pro Minute nach 5 % Dehnung. Dann legen Sie weiteren Aktionen in der Software, wie z. B. Anhalten der Maschine bei 5 % Dehnung in der Extensometer vor Probe Fehler entfernen.

Manuell erhöhen Sie den Kreuzkopf, so dass die volle Länge der Probe zwischen den oberen und unteren griffen passt. Die Probe vorsichtig in die Top-Grip auf ca. 80 % der Tiefe Griff einsetzen. Richten Sie die Probe innerhalb der oberen Griff und ziehen Sie leicht an, um die Probe vor dem Absturz zu verhindern. Senken Sie langsam die obere Traverse. Sobald die Probe innerhalb von etwa 80 % der unteren Griff Tiefe ist, starten Sie Probe Ausrichtung innerhalb der unteren Griffe. Die Probe sollte in der Mitte der vollständig geöffneten unteren Griff schweben. Seitlichen Druck auf die Probe durch die Griffe um sicherzustellen, dass kein Verrutschen während des Tests erfolgt. Beachten Sie, dass festziehen eine kleine axiale Kraft auf die Probe stellt.

Verwenden Sie die Software, um eine Vorspannung um diese Kraft zu kompensieren und notieren Sie den Wert zu verhängen. Befestigen Sie die elektronische Extensometer sicher auf die Probe entsprechend Anleitungen des Herstellers. Die Klingen der Extensometer sollte etwa auf das Präparat zentriert werden. Wenn ein Dehnungsmessstreifen verwendet wird, schließen Sie es.

Beginnen Sie den Test, indem Zugbelastung auf die Probe. Die Lesung der angewendeten Last auf dem Computerdisplay zu beobachten. Um zu bestätigen, dass die Probe nicht durch die Griffe Rutschen ist, sicherzustellen Sie, dass die gemessene Belastung linear zunimmt. Irgendwann vor Probe scheitern wird die Software automatisch den Test angehalten. Lassen Sie die Probe in die Prüfmaschine und entfernen Sie die Extensometer. Lebenslauf mit Zugbelastung bis zum Versagen. Bei Erreichen der maximalen Last, beginnen die gemessenen Belastungen zu verringern. An diesem Punkt beginnt die Probe zum Hals. Necked hierzulande durch duktile reißen sollte zum endgültigen Bruch kommen.

Nachdem der Test beendet ist, erhöhen Sie die Kreuzkopf, lockern Sie der obersten Griff und entfernen Sie das gebrochene Stück der Probe daraus. Lösen Sie den unteren Griff und entfernen Sie die andere Hälfte der Probe. Nehmen Sie den Wert auf die maximale Zugbelastung. Speichern Sie die erfassten Daten und der Spannungs-Dehnungs-Kurve.

Sorgfältig zusammenpassen Sie die Enden des gebrochenen Probe und Messen Sie den Abstand zwischen den Markierungen Messgerät zu den nächstgelegenen 2000. Zoll. Die letzte Spur Länge aufzeichnen. Zu guter Letzt Messen Sie den Durchmesser der Probe am kleinsten Querschnitt zu den nächstgelegenen 2000. Zoll.

Ermitteln, Materialeigenschaften, zuerst schauen Sie sich die Daten für die A36 warmgewalzter Baustahl und die Daten für C1018 schwer kaltgewalzter Stahl, beziehungsweise.

Berechnen Sie jetzt die prozentuale Dehnung für jede Probe, zu wissen, dass das endgültige Messgerät und die ursprüngliche Länge messen. Die Einschränkung des Bereichs für jede Probe mit den endgültigen Durchmesser und der Ausgangsdurchmesser der Probe zu berechnen. Notieren Sie diese Werte in einer Ergebnistabelle.

Als Nächstes berechnen Sie andere Materialparameter mit experimentellen Spannungs-Dehnungs-Kurven. Ein kurzer Vergleich der Kurven für die zwei Exemplare zeigt ihre sehr unterschiedlichen elastischen und unelastischen Verhaltensweisen. Von den viel größeren Belastung auf den unteren Ebenen von Stress ist die A36-Stahl weicher und weit mehr als der C1018 Stahl duktil.

Für die A36-Stahl ist die Spannung bei Ausfall etwa 58,6 Kilopounds pro Quadratzoll, wesentlich über dem Nennwert von 36,0 Kilopounds pro Quadratzoll. Maximale Spannung beträgt ca. 86,6 Kilopounds pro Quadratzoll auf einen Stamm von etwa 20 %.

Diese vergrößerte Darstellung zeigt eine nach oben Streckgrenze bei etwa 58,6 Kilopounds pro Quadratzoll und eine untere Streckgrenze bei ca. 56,8 Kilopounds pro Quadratzoll. Beginn der Ertrag Hochebene ist auch hier sichtbar. DMS-Daten zeigt einen linearen elastischen Bereich für die A36-Stahl mit einer Neigung definiert als Elastizitätsmodul von etwa 29.393 Kilopounds pro Quadratzoll. Dieses Ergebnis ist sehr nah an den Nennwert der 29.000 Kilopounds pro Quadratzoll.

An der Stelle, wo die Daten von Linearität abweicht, können wir feststellen, dass die proportionale beträgt etwa 55,58 Kilopounds pro Quadratzoll. Zum Vergleich: wegen der Nichtlinearität der Spannungs-Dehnungs-Kurve ist der C1018 Stahl sehr gering proportional beschränkt.

Ergebnisse von den Titelseiten Extensometer Stamm bis zu 5 %. Daten für die A36-Stahl zeigt die Kunststoff-Plateau und dem Beginn der Kaltverfestigung wo steigt die Kurve wieder auf einen Stamm von rund 2,7 %. Im Gegensatz dazu hat der C1018 keine klare Ertrag Plateau.

Beenden Sie die Datenanalyse durch Zusammenfassung der Testergebnisse für die beiden Stahlproben in der folgenden Tabelle.

Die Dehnung in einem warmgewalzten Stahl ist im Bereich von 25 bis 40 %. Im Gegensatz dazu ist die Dehnung eines harten kaltgewalzten Stahl nur Hälfte dieses Betrags. Die prozentuale Dehnung ist ein Durchschnittswert für die Länge des Materials zwischen den Manometer-Marken, aber fast alle die Verformung ist, eine kleine Region um den Bruch Punkt lokalisiert. Infolgedessen konnte die lokale Belastung viel größer als der Durchschnitt sein.

Körperliche Untersuchung der beiden Exemplare zeigen große Unterschiede in der Art, wie sie scheitern, Unterschiede in der Spannungs-Dehnungs-Kurven entsprechen.

Die A36-Stahl hat eine Ausfall Oberfläche mit Material am Rand während der schrittweisen endgültige Verformung und größere Dehnung bei niedrigeren Spannungen, zeigt eine sehr milde aber duktile Metall herausgezogen.

Im Gegensatz dazu der C1018 Stahl hat eine flache fehlerfläche, plötzlichen Bruch entspricht und viel weniger Dehnung bei viel höher betont, Eigenschaften von hoher Festigkeit aber geringe Duktilität.

Schauen wir uns einige gängige Anwendungen aus Stahl aus der Sicht der Beziehung zwischen Stress und Anspannung.

Bauingenieure analysieren strukturelle Einstürze in Brücken und Gebäuden, um künftige Konstruktionen zu verbessern. Dieser Prozess führte zu Komponenten wie Stahl I-Träger für mehrstöckige Gebäude gerollt, geschweißt tief-Platte ich-Träger für Brücken, und hochfeste Schrauben und Verbindungselemente. Jede erfordert verschiedene Arten von Stahl mit bestimmten stärken und duktilitäten, oft erst durch Prüfung der ihre Spannungs-Dehnungs-Kurven verstanden.

Ingenieure nutzen die Spannungs-Dehnungs-Eigenschaften des Materials, um sicherere Autos zu machen. Zu wissen, die Festigkeit und Duktilität des Rahmens und wie es in Reaktion auf Kräfte beeinflussen verformt, entwerfen Ingenieure eines Automobils Körper Energie bei Aufprall absorbieren und erhöhen Sie die Chance einen Sturz zu überleben.

Sie habe nur Jupiters Einführung in Spannungs-Dehnungs-Eigenschaften des Stahls beobachtet.

Sie sollten jetzt wissen, wie Sie einen einachsigen Zugversuch ermitteln die Zugeigenschaften von metallischen Werkstoffen durchführen und Spannungs-Dehnungs-Kurven für typische Stähle zu analysieren.

Danke fürs Zuschauen!

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