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.

Spannungs-Dehnungs-Eigenschaften von Aluminium
 

Spannungs-Dehnungs-Eigenschaften von Aluminium

Article

Transcript

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the English version.

Im Vergleich zu den meisten Metallen, hat Aluminium überlegene Festigkeit zu Gewicht-Verhältnis, Korrosionsbeständigkeit und einfache Herstellung. Aluminium ist eines der am häufigsten verwendeten Metalle und wird in Produkten von Getränkedosen bis hin zu Luft-und Raumfahrt-Komponenten eingesetzt.

Die Stärke von reinem Aluminium ist sehr gering, aber seine mechanischen Eigenschaften können mit Legierung und Wärmebehandlung erheblich verbessern. Diese Verfahren ermöglichen die weit verbreitete Anwendung in mechanischen und elektrischen Materialien. Weil es zweite ist nur als Strukturmaterial, Erlangung einer Stress-Dehnungs-Kurve für Aluminium Stahl entscheidend für die vorhersehbaren und sichere Grenzen ihrer Verwendung.

In diesem Video sehen wir die Belastung Belastung Verhalten eine häufige Art von Aluminium mit dem standard einachsigen Zugversuch.

Aluminium ist leicht und hat ungefähr 1/3 der Dichte von Stahl. Der Elastizitätsmodul, oft zitiert, etwa 70 Gigapascal oder 10.000 Kilopounds pro Quadratzoll, ist auch etwa 1/3 von Stahl.

Wie bei Stahl, verbessern Aluminium mechanischen Eigenschaften wesentlich durch Legieren, Autoladekabel mit Zink, Kupfer, Mangan, Silizium und Magnesium. Gekühlten arbeiten oder Kaltverfestigung, wo das Material gerollt oder gezogen durch Farbstoffe, kann auch Stärke erhöhen.

Die einachsige Zugversuch wird normalerweise verwendet, um das elastische Verhalten von Metallen wie Aluminium zu studieren. Dieser Test erzeugt eine Spannung-Dehnungs-Kurve, die zeigt, wie das Material verlängert und dann nicht wie die einwirkende Kraft erhöht.

Das Scheitern der Aluminium oder Material durchläuft mehrere Schritte. Einschnürung, nichtig Keimbildung, nichtig und Koaleszenz, Rissausbreitung und schließlich brechen. 6061-T6 Aluminium hat eine gute Festigkeit und Steifigkeit und ist einfach zu beenden und Eloxieren. Es wird häufig in Gehäusen für viele elektronische Produkte wie Laptops und Fernsehgeräten verwendet.

Dies ist die Spannung-Dehnungs-Kurve für 6061-T6 Aluminium. Beachten Sie, wie die Spannung-Dehnungs-Kurve keine scharfe Fließgrenze, sondern eher eine allmähliche Abnahme der Elastizitätsmodul aufweist. Obwohl diese Aluminium tatsächlich scheitern, der Prozess ist schrittweise und es ist schwierig, eine klare Fehlerpunkt zu definieren, bei der Betrachtung der Spannung-Dehnungs-Kurve.

Um festzustellen, eine Fließgrenze für Engineering haben Zwecke ASTM und anderen Organisationen die 0,2 % Offset Ansatz. Diese Methode erfordert die Bestimmung eine passende Zeile für den linearen Teil des Verhaltens und ziehen einer Linie mit den gleichen langsamen Anfang bei 0,2 % Dehnung. Die zweite Linie schneidet die Spannung-Dehnungs-Kurve an einem Punkt, der willkürlich als die Streckgrenze definiert ist.

Nun, wir die Eigenschaften von Aluminium und wie sie konstruiert werden können verstehen, betrachten wir messen die Spannung-Dehnungs-Kurve um die duktilen und mechanischen Eigenschaften zu bestimmen.

Erhalten Sie zylindrische Probekörper für gemeinsame Aluminium, wie 6061-T6. Verwenden Sie eine Kaliber 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 und markieren Sie eine Messgerät Länge von etwa zwei Zoll. Sicherstellen, dass die Spurweite Länge ist klar geätzt, aber mit einem flachen Kratzer, damit es nicht zu einer Spannungskonzentration, die zu einem 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.

Für dieses Experiment werden wir eine universelle Maschine oder UTM, Testen verwenden, um die Zugfestigkeit Eigenschaften der Probe zu messen. Zunächst auf die Prüfmaschine und Initialisieren der Software. Richten Sie die grafische Darstellung und Daten Aufnahmeparameter. Als nächstes wählen Sie einen Test, der mit dem ASTM E8-Protokoll kompatibel ist. Beachten Sie die Dehnraten für den elastischen und unelastischen Bereich. Legen Sie weiteren Aktionen in der Software, wie dem Stoppen der Maschine bei 5 % Zugfestigkeit.

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 Start Probe Ausrichtung innerhalb der unteren Griffe ist. Die Probe sollte in der Mitte des unteren Griff schweben. Seitlichen Druck auf die Probe durch die Griffe um sicherzustellen, dass kein Verrutschen während des Tests erfolgt.

Festziehen führt eine kleine axiale Belastung auf die Probe. Verwenden Sie die Software anpassen und diese Vorspannung zu minimieren und notieren Sie den Wert. Befestigen Sie die elektronische Extensometer sicher auf die Probe entsprechend den Anweisungen des Herstellers. Die Klingen der Extensometer sollte etwa auf das Präparat zentriert werden.

Starten Sie den Test durch die Anwendung der Zugbelastung auf die Probe, und beobachten Sie die Lesung der angewendeten Last auf dem Computerdisplay zu. Bestätigen Sie, dass die Probe nicht verrutschen ist durch die Griffe indem sichergestellt wird, dass die gemessene Belastung zunimmt. Einige Zeit vor der Probe scheitern, wird die Software automatisch den Test unterbrochen. Lassen Sie die Probe in die Prüfmaschine und entfernen Sie die Extensometer. Lebenslauf Bewerbung die Zugbelastung bis zum Versagen. Bei Erreichen der Maximallast beginnt 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. Dann lösen Sie den unteren Griff und entfernen Sie die andere Hälfte der Probe zu. Nehmen Sie den Wert auf die maximale Zugbelastung. Speichern Sie die erfassten Daten und die Spannung-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 nächsten Querschnitt zu den nächstgelegenen 2000. Zoll.

Sehen Sie wir uns nun an, wie die Daten zu analysieren, die wir nur gesammelt. Berechnen Sie zunächst, die prozentuale Dehnung der Probe zu wissen, dass die letzte Spur-Länge und der ursprünglichen Länge zu messen. Die Einschränkung des Bereichs für jede Probe mit den endgültigen Durchmesser und der Ausgangsdurchmesser der Probe zu berechnen. Als Nächstes berechnen Sie andere Materialparameter mit der experimentellen Stress Dehnungskurven.

Dies ist eine Handlung der DMS Daten bis die Streckgrenze von ca. 0,3 %. Die Neigung der Spannung-Dehnungs-Kurve in dieser Region ist des Elastizitätsmoduls und etwa 9.998 Kilopounds pro Quadratzoll, in der Nähe der Nennwert von 10.000 Kilopounds pro Quadratzoll. Der R-Quadrat-Wert von 0,999 gibt hervorragende Linearität für diese Daten.

Dies sind die Daten aus einem Extensometer bis zu einer Belastung von 5 %. Die Kurve zeigt einen bilinearen Charakter, mit einem langen elastischen Teil, gefolgt von einem Ertrag Plateau mit einer geringen Neigung. Um die Streckgrenze für ein Material zu finden, die keine klare Fließgrenze, wie dieses Exemplar aufweist verwenden wir die 0,2 %-Offset-Methode.

Zunächst zeichnen wir eine Linie entlang der ersten linearen Teil der Kurve. Dann duplizieren Sie Start bei einer Dehnung von 0,2 %. Die zweite Linie schneidet die Kurve, die willkürlich als die Streckgrenze definiert ist. In diesem Fall ist es ca. 44,2 Kilopounds pro Quadratzoll. Dies ist über die nominalen Streckgrenze dieses Aluminium, 40 Kilopounds pro Quadratzoll.

Wenn wir die Daten ganz in der Nähe der Streckgrenze zu zeichnen, ist das proportionale Limit der Stress beginnt die Kurve von der Linearität, ca. 39,1 Kilopounds pro Quadratzoll für dieses Exemplar abweichen.

Dies ist der komplette Spannung-Dehnungs-Kurve mit den Daten unter einer Belastung von etwa 5 % der Extensometer und über eine Belastung von 5 % ab der Kreuzkopf-Verschiebung. Die maximale Spannung beträgt etwa 46,1 Kilopounds pro Quadratzoll auf einen Stamm von ca. 6,5 %. Dieses ultimative Festigkeit befindet sich direkt über die ultimative Sollstärke von 45 Kilopounds pro Quadratzoll. Der Stress am Versagen ist ca. 33,5 Kilopounds pro Quadratzoll. Härte ist der Bereich unter der Spannung-Dehnungs-Kurve und kann mit den trapezförmigen Regel 2,2 Kilopounds pro Quadratzoll berechnet werden.

Die Messungen für die wärmebehandelte Probe zeigen, dass diese Art von Aluminium Dehnungen im Bereich von 8 bis 13 % haben kann. Es ist wichtig zu beachten, dass die prozentuale Dehnung einen durchschnittlichen Wert für die Länge des Materials zwischen den Manometer-Marken. Fast alle die Verformung tritt jedoch in einem kleinen Volumen rund um den Hals Region, so dass die lokale Belastung wesentlich höher als die durchschnittliche Belastung sein könnte.

In der Regel schreitet Ausfall von Einschnürung, nichtig Keimbildung und das Wachstum, zur Rissausbreitung und schließlich brechen. Die fehlerfläche steht im Einklang mit diesem Prozess. Für Aluminium kann eine Dehnung von weniger als 5 % angesehen werden spröde, während eine Dehnung größer als 15 % dehnbar angesehen werden können. Die prozentuale Dehnung in dieses Exemplar ist relativ groß. Wie sollen wir dieses Material beschreiben?

Vergleichen wir die fehlerfläche mit der zwei verschiedene Arten von Stahl. Die Größe der ? für die Aluminium-Probe ist größer als für eine spröde kaltgewalzten Stahl, aber weniger als für einen duktilen Walzstahl, heiße also diese Art von Aluminium als Semi-duktile charakterisiert werden kann.

Darüber hinaus können wir den Stress Dehnungskurven für diese drei Metalle betrachten. Der kaltgewalzte C1018 Stahl hat hohen Festigkeit, angezeigt durch die geringe Belastung bei hoher Belastung, aber nicht bei etwa 10 % Dehnung, zeigt seine geringe Duktilität. Im Gegensatz dazu hat duktileren heißen A36 Walzstahl viel größere Dehnung bis zu fast 25 % geringere Belastung als der kaltgewalzten Stahl. 6061-T6 Aluminium, die, das wir nur getestet, hat niedrigere Stärke sowie Versagen auf eine weniger Dehnung als entweder Stahl.

Jetzt betrachten wir einige der gemeinsamen Anwendungen der Zugprüfung von Aluminium. Die wichtigste Verwendung von Stress Dehnungskurven ist in der Qualitätskontrolle bei der Herstellung von Aluminium. ASTM Standards erfordern Tests auf repräsentative Proben von jedem Wärme aus Aluminium und die Ergebnisse müssen nachvollziehbar zu etablierten Benchmarks sein. Hersteller verwenden Standards wie ISO TS 16949 für Qualitätskontrolle und Qualitätssicherung von Materialien für die Automobilindustrie und andere Branchen.

Alu-Folie für den kochenden Industrie hat eine gewünschte Geschmeidigkeit, so dass es leicht behandelt und gefaltet werden kann. Ebenso muss das Aluminium für alkoholfreie Getränke in Dosen verwendet stark genug, um seine Form beim gehalten, aber leicht brechbaren bei Bedarf zu behalten sein. Zugprüfung sorgt dafür, dass diese dünne Bleche aus Aluminium die angegebenen mechanischen Eigenschaften haben.

Sie sah nur Jupiters Einführung in die Stress-Belastung-Eigenschaften von Aluminium. Sie sollten jetzt wissen über die ASTM E8 Standards Labortest zur Bestimmung der Zugeigenschaften von metallischen Werkstoffen. Sie sollten auch verstehen, wie eine Probe zum Testen von ASTM vorbereiten und erhalten die Spannung-Dehnungs-Kurve für typische Aluminium.

Danke fürs Zuschauen!

Read Article

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

Waiting X
simple hit counter