Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Science Education Library
Structural Engineering

A subscription to JoVE is required to view this content.
You will only be able to see the first 20 seconds.

Caractéristiques de contrainte-déformation de l’aluminium
 

Caractéristiques de contrainte-déformation de l’aluminium

Article

Transcript

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the English version.

Par rapport à la plupart des métaux, aluminium, dispose d’une résistance supérieure au poids ratio, résistance à la corrosion et facilité de fabrication. Ainsi, l’aluminium est l’un des métaux plus largement utilisés et est employé dans des produits allant des canettes de soda aux composants aérospatiaux.

La solidité de l’aluminium pur est très faible, mais ses propriétés mécaniques peuvent améliorer sensiblement avec l’alliage et le traitement thermique. Ces procédés permettent son application généralisée dans les matériaux mécaniques et électriques. Parce que c’est le deuxième seulement à l’acier comme matériau structurel, obtenir une courbe de déformation de stress pour l’aluminium est essentielle pour déterminer les limites prévisibles et sûres de son utilisation.

Dans cette vidéo, nous allons examiner le comportement de déformation de contrainte d’un type commun d’aluminium à l’aide de l’essai de traction uniaxiale standard.

En aluminium est léger et a à peu près 1/3 la densité de l’acier. Son module d’élasticité, souvent citée pour être gigapascal environ 70 ou 10 000 kilopounds par pouce carré, est également environ 1/3 celle de l’acier.

Comme pour l’acier, les propriétés mécaniques de l’aluminium peuvent améliorer sensiblement en alliage, principalement avec le zinc, cuivre, manganèse, silicium et de magnésium. Travail refroidi ou écrouissage, où le matériel est aplati ou aspiré au travers de colorants, peut également augmenter la force.

L’essai de traction uniaxiale est généralement utilisé pour étudier le comportement élastique des métaux comme l’aluminium. Ce test génère une courbe de déformation de stress qui montre comment la matière s’allonge et échoue alors que la force appliquée augmente.

L’échec de l’aluminium, ou n’importe quel matériau, progresse à travers plusieurs étapes. Striction, Sub nucléation, croissance nulle et coalescence, crack propagation et enfin, fracturer. Aluminium 6061-T6 a rigidité et une bonne résistance et est facile à finir et anodisé. Il est couramment utilisé dans les boyaux pour de nombreux produits électroniques comme les ordinateurs portables et les téléviseurs.

Il s’agit de la courbe de déformation de stress pour l’aluminium 6061-T6. Remarquez comment sa courbe de déformation de stress ne présente pas une forte élasticité, mais plutôt une diminution graduelle du module d’élasticité. Bien que cet aluminium ne manque en fait pas, le processus est progressif et il est difficile de définir un point d’échec évident quand on regarde la courbe de déformation de stress.

Pour déterminer une limite d’élasticité pour l’ingénierie des fins ASTM et autres organisations ont adopté l’approche de décalage de 0,2 %. Cette méthode nécessite de déterminer un mieux à la ligne pour la partie linéaire du comportement et de tracer une ligne avec le même début lent à 0,2 % de déformation. La deuxième ligne croise la courbe de déformation de stress à un point arbitrairement définie comme la limite d’élasticité.

Maintenant que nous comprenons les propriétés de l’aluminium et comment ils peuvent être machinés, regardons comment mesurer la courbe de déformation de stress afin de déterminer ses caractéristiques ductiles et mécaniques.

Obtenir une éprouvette cylindrique pour l’aluminium commun, tels que l’aluminium 6061-T6. Utilisez un calibre pour mesurer le diamètre en plusieurs endroits près de la moitié de l’échantillon. Prendre ces mesures pour le 2000e plus proche d’un pouce.

Ensuite, tenir le spécimen fermement et marquer une longueur entre repères d’environ deux pouces. Assurez-vous que la longueur entre repères est clairement gravée, mais avec une rayure peu profonde donc il ne devient pas une concentration de contrainte qui peut conduire à une fracture. Mesurer la réelle marquée entre repères pour le 2000e plus proche d’un pouce.

Enfin, installer une jauge de contrainte. Le spécimen est maintenant prêt à être testé.

Pour cette expérience, nous utiliserons un universel essais machine ou UTM, pour mesurer les propriétés de traction du spécimen. Tout d’abord, allumez la machine d’essai et initialiser le logiciel. Définir les paramètres d’acquisition de calculs et de données. Ensuite, sélectionnez un test qui est compatible avec le protocole ASTM E8. Notez les vitesses de déformation pour la gamme élastique et inélastique. Ensuite, définissez des mesures supplémentaires dans le logiciel, telles que l’arrêt de la machine à 5 % résistance à la traction.

Manuellement lever la traverse toute la longueur de l’échantillon se glisse facilement entre les mâchoires supérieure et inférieure. Insérez avec précaution le spécimen dans la poignée supérieure à environ 80 % de la profondeur de la poignée. Aligner le spécimen à l’intérieur de la poignée supérieure et serrer légèrement pour empêcher la chute de l’échantillon.

Abaissez lentement la traverse supérieure. Une fois que l’échantillon se trouve à environ 80 % de l’alignement du début spécimen de fond grip profondeur dans les poignées du bas. Le spécimen doit flotter dans le centre de la poignée à fond. Appliquer une pression latérale au modèle à travers les poignées pour s’assurer qu’aucun glissement se produit au cours des essais.

Le processus de serrage introduit une petite charge axiale sur l’échantillon. Le logiciel permet de régler et de minimiser cette précharge et d’enregistrer sa valeur. Fixez solidement l’extensomètre électronique au modèle selon les instructions du fabricant. Les lames de l’extensomètre devraient être centrés sur le spécimen.

Démarrez le test en appliquant l’effort de traction au spécimen et observer la lecture direct de la charge appliquée sur l’écran de l’ordinateur. Confirmer que le spécimen n’est pas glissant à travers les poignées en veillant à ce que la charge mesurée est en augmentation. Quelque temps avant la défaillance de l’échantillon, le logiciel s’arrête automatiquement le test. Laisser l’échantillon sur la machine et retirer l’extensomètre. Reprendre l’application de la charge de traction jusqu'à la défaillance. En arrivant à la charge maximale, les charges mesurées vont commencer à diminuer. À ce stade, le spécimen commence à l’encolure. Rupture finale devrait avoir lieu dans cette région à col à travers la déchirure ductile.

Fois l’épreuve terminée, soulever la traverse, desserrez la poignée supérieure et retirez le morceau de spécimen. Ensuite, desserrez la poignée de fond et enlever l’autre moitié de l’échantillon. Reporter la valeur à l’effort de traction maximal. Enregistrer les données enregistrées et la courbe de déformation de stress. Avec précaution, assembler les extrémités de l’échantillon fracturé et mesurez la distance entre les repères de mesure pour le 2000e plus proche d’un pouce. Enregistrer la longueur finale.

Enfin, mesurer le diamètre de l’échantillon à la coupe plus proche de la 2000e plus proche d’un pouce.

Regardons maintenant comment analyser les données, que nous avons recueilli seulement. Tout d’abord, calculer l’allongement pour cent de l’échantillon, sachant la longueur entre repères finale et la première longueur de jauge. Calculer la réduction de la superficie de chaque échantillon à l’aide du diamètre final et le diamètre initial de l’échantillon. Puis, calculez d’autres paramètres du matériau en utilisant les courbes de déformation expérimentale de la contrainte.

Il s’agit d’un complot des jauges de contraintes données jusqu’au point de rendement d’environ 0,3 %. La pente de la courbe de déformation de stress dans cette région est le module de Young et environ 9 998 kilopounds pouce carré, ce qui est proche de la valeur nominale de 10 000 kilopounds par pouce carré. La valeur de R au carré de 0,999 indique excellente linéarité pour ces données.

Ce sont les données d’un extensomètre jusqu'à une tension de 5 %. La courbe montre un personnage bilinéaire, avec une partie élastique longue suivie d’un plateau de rendement avec une faible pente. Pour trouver la limite élastique d’un matériau qui ne présente pas un point de rendement clairs, comme ce spécimen, nous utilisons la méthode de décalage de 0,2 %.

Tout d’abord, nous tracer une ligne le long de la partie linéaire initiale de la courbe. Puis dupliquez-le début à une souche de 0,2 %. La deuxième ligne croise la courbe arbitrairement définie comme la limite d’élasticité. Dans ce cas, c’est environ 44,2 kilopounds par pouce carré. C’est au-dessus de la limite d’élasticité nominale de cet aluminium qui est 40 kilopounds pouce carré.

Si nous traçons les données très proche de la limite élastique, la limite proportionnelle est le stress où la courbe commence à s’écarter de la linéarité, environ 39,1 kilopounds pouce carré pour ce spécimen.

Il s’agit de la courbe de déformation de stress complet avec les données sous une souche d’environ 5 % de l’extensomètre et surtout une souche de 5 % par rapport au déplacement du curseur. La contrainte maximale est environ 46,1 kilopounds pouce carré à une souche d’environ 6,5 %. Cette résistance à la traction est juste au-dessus de la résistance ultime nominale de 45 kilopounds par pouce carré. La contrainte à la rupture est environ 33,5 kilopounds par pouce carré. La dureté est l’aire sous la courbe de déformation de stress et peut être calculée avec la règle du trapèze à 2,2 kilopounds par pouce carré.

Les mesures de l’échantillon traité thermiquement indiquent que ce type d’aluminium peut avoir des allongements de l’ordre de 8 à 13 %. Il est important de noter que l’allongement pour cent est une valeur moyenne de la longueur du matériel entre les marques de jauge. Presque toutes les déformations, cependant, ne se produit dans un petit volume autour de la région du cou, la souche locale pourrait être beaucoup plus élevée que la moyenne tension.

En général, échec progresse de striction, Sub nucléation et la croissance, à la propagation de fissure et enfin, fracture. La surface de rupture est conforme à ce processus. Pour l’aluminium, un allongement de moins de 5 % peut être considéré fragile, tout en un allongement supérieur à 15 % peut être considérée comme ductile. L’allongement pour cent dans ce spécimen est relativement importante. Comment faut-il qualifier ce matériel ?

Nous pouvons comparer sa surface de rupture avec celle de deux différents types d’acier. La taille de le ? pour l’échantillon d’aluminium est supérieure pour un rhume fragile laminé en acier, mais moins que pour un ductile chaud acier laminé, donc ce type d’aluminium peut être caractérisé comme semi-ductile.

En outre, nous pouvons regarder les courbes de déformation de stress pour ces trois métaux. Laminés à froid C1018 acier a haute résistance, indiquée par la souche basse à des contraintes élevées, mais ne parvient pas à environ 10 % élongation, montrant sa faible ductilité. En revanche, la plus ductile A36 laminées à chaud sont beaucoup plus grande élongation jusqu'à un maximum de près de 25 % sous contrainte inférieure que de l’acier laminé à froid. L’aluminium 6061-T6, que nous venons de tester a basse force ainsi que la défaillance à un allongement moindre que l’acier ou l’autre.

Maintenant regardons quelques-unes des applications courantes de l’essai de traction de l’aluminium. L’utilisation la plus importante des courbes effort-déformation est en contrôle de la qualité lors de la fabrication de l’aluminium. Selon les normes ASTM nécessitent des tests sur des échantillons représentatifs de chaque coulée d’aluminium et les résultats doivent être traçables aux repères établis. Fabricants utilisent des normes comme ISO TS 16949 pour contrôle de la qualité et assurance de la qualité des matériaux pour les industries automobile et autres.

Papier d’aluminium pour l’industrie de la cuisine a une souplesse voulue alors il peut être facilement manipulé et plié. De même, l’aluminium utilisé en canettes de boissons gazeuses doit être suffisamment forte pour conserver sa forme lorsqu’il est tenu, mais facilement déformable, lorsque cela est nécessaire. Essai de traction s’assure que ces fines feuilles d’aluminium ont des qualités mécaniques spécifiées.

Vous avez juste regardé introduction de JoVE pour les caractéristiques de déformation de stress de l’aluminium. Vous devez maintenant savoir sur le critère de laboratoire des normes ASTM E8 pour déterminer les propriétés de traction des matériaux métalliques. Vous devez également comprendre comment préparer un spécimen d’essai ASTM et obtenir la courbe de déformation de stress pour l’aluminium typique.

Merci de regarder !

Read Article

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter