Τι είναι η αντοχή σε εφελκυσμό; Αυτή η ερώτηση τίθεται όταν βλέπετε αυτόν τον όρο γραμμένο στις ετικέτες διαφόρων προϊόντων. Η αντοχή σε εφελκυσμό θεωρείται δείκτης του πόσο ισχυρό είναι ένα υλικό. Ωστόσο, αυτή δεν είναι πλήρης πληροφορία, καθώς ο όρος αυτός έχει ευρύ πεδίο εφαρμογής. Πολλές βιομηχανίες βασίζονται σε αυτόν κατά την επιλογή πρώτων υλών.
Να θυμάστε ότι η γνώση της πραγματικής έννοιας της αντοχής σε εφελκυσμό έχει ύψιστη αξία. Γιατί; Επειδή δείχνει την ικανότητα και την ανθεκτικότητα των διαφόρων υλικών. Υλικό με μικρότερη αντοχή σε εφελκυσμό θα ήταν χαμηλής αντοχής και αντίστροφα. Αυτό το άρθρο θα επικεντρωθεί στην αντοχή σε εφελκυσμό και στο πώς μπορείτε να τη μετρήσετε σωστά. Ας ξεκινήσουμε λοιπόν!
Επισκόπηση της αντοχής σε εφελκυσμό
Η αντοχή σε εφελκυσμό είναι η δύναμη ή η τάση που μπορεί να υποστεί ένα υλικό πριν σπάσει. Απλά, είναι ένα σημείο τάσης όπου το υλικό δεν μπορεί πλέον να αντέξει τη δύναμη. Ως αποτέλεσμα, σπάει αντί να επιστρέψει στο αρχικό του σχήμα. Κάθε υλικό έχει μια μοναδική αντοχή σε εφελκυσμό. Τα υλικά με υψηλότερη αντοχή σε εφελκυσμό είναι ανθεκτικά.
Η διεθνής μονάδα της εφελκυστικής αντοχής είναι τα Pascal. Ωστόσο, ορισμένες άλλες μονάδες χρησιμοποιούνται επίσης για την έκφραση των υλικών εφελκυσμού. Για παράδειγμα, στο αμερικανικό σύστημα χρησιμοποιείται η μονάδα Pounds-force per square inch (psi). Όσο υψηλότερη είναι η αντοχή σε εφελκυσμό, τόσο καλύτερο και ισχυρότερο είναι το υλικό. Για παράδειγμα, η αντοχή σε εφελκυσμό του αλουμινίου είναι περίπου 5800 έως 7200 PSI.
Από την άλλη πλευρά, το καουτσούκ έχει αντοχή σε εφελκυσμό περίπου 2100 PSI, γεγονός που δείχνει ότι το αλουμίνιο είναι πιο ανθεκτικό. Θα χρειαστεί περισσότερη δύναμη ή πίεση για να σπάσει. Ίσως αναρωτιέστε γιατί πρέπει να γνωρίζουμε την αντοχή σε εφελκυσμό. Θυμηθείτε, χρησιμοποιούμε διαφορετικά υλικά με βάση την αντοχή τους. Για παράδειγμα, θα θέλατε να χρησιμοποιήσετε αδύναμο υλικό για το έργο σας;
Η απάντησή σας θα ήταν ΟΧΙ! Αλλά πώς θα ξέρουμε αν το υλικό είναι συμπαγές ή αρκετά καλό για να αντέξει υψηλές καταπονήσεις; Εδώ είναι που μπαίνει στην εικόνα η αντοχή σε εφελκυσμό. Μετράει πόση τάση μπορεί να αντέξει ένα υλικό πριν σπάσει. Έτσι, οι κατασκευαστές επιλέγουν το υλικό ανάλογα με τις ανάγκες των έργων τους.
Δεν αφορά μόνο την αντοχή αλλά και την ελαστικότητα των διαφόρων υλικών. Έτσι, ο κατασκευαστής λαμβάνει μια τεκμηριωμένη απόφαση. Χωρίς να γνωρίζει την αντοχή σε εφελκυσμό, θα καταλήξει να κάνει λάθος επιλογή. Τα λανθασμένα υλικά που ο πάροχος απαιτεί αντοχή δεν θα προκαλούσαν παρά μόνο δυστυχία.
Σημασία της αντοχής σε εφελκυσμό
Οι κατασκευαστές χρησιμοποιούν διαφορετικά υλικά κατά την κατασκευή διαφόρων προϊόντων. Σωστά; Τα υλικά αυτά μπορεί να είναι μέταλλα, ελαστικά ή πλαστικά. Κάθε προϊόν απαιτεί διαφορετικές αντοχές ανάλογα με το πού θα χρησιμοποιηθεί. Όλα τα μέταλλα φαίνεται να είναι ισχυρά. Θα λέγατε ότι ένα προϊόν που αποτελείται από μέταλλο θα είναι ανθεκτικό.
Έτσι, το μέταλλο πρέπει να χρησιμοποιείται για την κατασκευή ισχυρών προϊόντων. Αλλά τα πράγματα δεν λειτουργούν έτσι. Διαφορετικά μέταλλα έχουν διαφορετική αντοχή στον εφελκυσμό. Έτσι, οι κατασκευαστές μετρούν την αντοχή σε εφελκυσμό αυτών των μετάλλων. Η μέτρηση της αντοχής σε εφελκυσμό τους βοηθά να χρησιμοποιούν το καλύτερο υλικό. Για παράδειγμα, θα χρησιμοποιήσουν ένα πιο ανθεκτικό υλικό για να κάνουν το προϊόν ανθεκτικό.
Διατίθενται παρόμοιοι τύποι καουτσούκ. Κάθε ένας από αυτούς τους τύπους έχει διαφορετικές αντοχές. Έτσι, η χρήση τους βασίζεται επίσης στην αντοχή σε εφελκυσμό. Η μέτρηση της αντοχής σε εφελκυσμό δείχνει πόσο ελαστικό είναι ένα ελαστικό υλικό. Με απλά λόγια, πόσο τράβηγμα ή τέντωμα μπορεί να αντέξει ένα υλικό.
Όλα αυτά είναι δυνατά λόγω της μετρούμενης τιμής της αντοχής σε εφελκυσμό. Πρέπει να μετράτε την αντοχή σε εφελκυσμό όταν αγοράζετε οποιοδήποτε προϊόν ή υλικό; Η απάντηση είναι ΟΧΙ! Ως πελάτης, δεν χρειάζεται να το κάνετε. Διάφορα προϊόντα συνοδεύονται από ετικέτες όπου αναγράφεται αυτή η τιμή. Η αντοχή σε εφελκυσμό και η μέτρησή της είναι απαραίτητη μόνο για τους κατασκευαστές.
Πώς μετράμε την αντοχή υλικών σε εφελκυσμό;
Διαφορετικοί δοκιμαστές εφελκυσμού χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση της αντοχής σε εφελκυσμό. Κάθε μηχανή δοκιμής έχει τα χαρακτηριστικά της και τη μέθοδο λειτουργίας της. Ορισμένες μηχανές έχουν τέσσερα σημεία για τη συγκράτηση των υλικών, ενώ άλλες έχουν δύο σημεία και είναι απλές στη χρήση.
1- Προετοιμασία του δείγματος
Ας συζητήσουμε την ακριβή διαδικασία εύρεσης της εφελκυστικής αντοχής του υλικού. Κατ' αρχάς, θα πρέπει να χρησιμοποιήσετε ένα μικρό δείγμα (δείγμα) υλικού στη μηχανή δοκιμής. Εάν το υλικό είναι πολύ μεγάλο, θα πρέπει να το κόψετε. Να θυμάστε ότι χρειαζόμαστε μόνο ένα δείγμα για αυτή τη δοκιμή. Για παράδειγμα, αν έχετε υλικό από καουτσούκ που είναι πολύ μεγάλο.
Για τη δοκιμή αυτή, πάρτε ένα μικρό κομμάτι από το υλικό αυτό που χωράει στις μηχανές. Οι ιδιότητες που παρουσιάζουν τα μικρά κομμάτια θα υποδεικνύουν τις ιδιότητες ολόκληρου του υλικού. Για παράδειγμα, κατά τη διάρκεια της δοκιμής, το υλικό από καουτσούκ διαλύεται γρήγορα. Αυτό σημαίνει ότι ολόκληρο το υλικό θα είναι αδύναμο και θα σπάει εύκολα.
2- Χρήση του μηχανήματος
Όπως είπα προηγουμένως, τα μηχανήματα δοκιμής εφελκυσμού μπορεί να έχουν δύο, τρία ή ακόμη και τέσσερα σημεία. Κάθε σημείο συγκρατεί το υλικό. Εξηγώ αυτή τη δοκιμή χρησιμοποιώντας μια μηχανή δοκιμής εφελκυσμού δύο σημείων. Πρώτον, θα πρέπει να σφίξετε το υλικό στο άκρο του σημείου. Στη συνέχεια, σφίξτε τη δεύτερη πλευρά του τεμαχίου με ένα άλλο σημείο.
Μόλις το κάνετε, ενεργοποιήστε το μηχάνημα. Το σημείο θα ασκήσει πίεση στο τεμάχιο εργασίας. Να θυμάστε ότι και τα δύο σημεία της μηχανής τεντώνουν το υλικό προς την αντίθετη κατεύθυνση. Για παράδειγμα, εάν ένα σημείο τραβάει το υλικό προς τα πάνω, ένα άλλο θα το τραβήξει προς τα κάτω. Ως αποτέλεσμα, το υλικό θα αντιμετωπίσει τάση λόγω σχισίματος και διαστολής.
Το μηχάνημα θα συνεχίσει να αυξάνει την πίεση/δύναμη με συνέπεια. Θυμηθείτε ότι το μηχάνημα θα καταγράφει την εφαρμοζόμενη δύναμη και την επιμήκυνση που συμβαίνει. Θα έρθει η στιγμή που το υλικό δεν θα τεντώνεται πλέον. Είτε θα σπάσει. Με απλά λόγια, δεν θα αντέξει άλλη τάση ή δύναμη.
Αυτό είναι το υψηλότερο στάδιο τάνυσης που μπορεί να αντέξει ένα υλικό. Σε αυτό το σημείο, η μηχανή θα σημειώσει τη δύναμη και την επιμήκυνση του υλικού (επιφάνεια διατομής). Αυτή η δύναμη και η επιφάνεια διατομής μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να βρεθεί η ακριβής αντοχή σε εφελκυσμό. Ακολουθεί ο τύπος:
Αντοχή σε εφελκυσμό = Δύναμη (F) ÷ Εμβαδόν διατομής (A)
A καθολικός ελεγκτής εφελκυσμού εμφανίζει τόσο τη δύναμη όσο και το εμβαδόν στην οθόνη του. Θα πρέπει να σημειώσετε αυτές τις ενδείξεις όταν το υλικό σπάσει. Χρησιμοποιώντας αυτές τις τιμές στον τύπο, θα μετρήσετε την ακριβή εφελκυστική αντοχή του υλικού αυτού.
Διαφορετικοί τύποι εφελκυστικής αντοχής
Υπάρχουν διάφοροι τύποι εφελκυστικής αντοχής. Αυτή η κατηγοριοποίηση βασίζεται στον τρόπο με τον οποίο ένα υλικό συμπεριφέρεται σε διαφορετικά επίπεδα αντοχής. Αυτοί οι τύποι μπορεί να ακούγονται παρόμοιοι, αλλά είναι διαφορετικοί μεταξύ τους. Ακολουθεί ο κατάλογός τους:
- Αντοχή σε διαρροή
- Σημεία θραύσης
- Τελική αντοχή σε εφελκυσμό
Με απλά λόγια, πρόκειται για τρία στάδια. Όταν ασκείτε πίεση, το υλικό περνάει από διάφορα στάδια πριν σπάσει. Για παράδειγμα, το πρώτο υλικό αλλάζει σχήμα λόγω της τάσης. Ωστόσο, επιστρέφει στη θέση του αν αφαιρεθεί η τάση. Το σημείο όπου το υλικό παραμορφώνεται μόνιμα ονομάζεται σημείο διαρροής. Σε αυτό το επίπεδο, το υλικό δεν μπορεί ποτέ να αποκαταστήσει το σχήμα του.
Το σημείο όπου το υλικό σπάει ονομάζεται σημείο θραύσης. Γενικά, το σημείο θραύσης και η τελική αντοχή σε εφελκυσμό είναι παρόμοια. Η UTS αντιπροσωπεύει επίσης το σημείο υψηλής τάσης που μπορεί να αντέξει ένα υλικό πριν καταστραφεί. Αλλά στο σημείο θραύσης, το υλικό σπάει. Δεν μπορεί να αντέξει ούτε ένα μικρό ποσό πίεσης μετά από αυτό το επίπεδο.
Παράγοντες που επηρεάζουν την αντοχή σε εφελκυσμό
Ορισμένοι παράγοντες επηρεάζουν την αντοχή σε εφελκυσμό των διαφόρων υλικών. Ο κατάλογος αυτών των παραγόντων έχει ως εξής:
- Έκθεση στη θερμότητα
- Θεραπεία θέρμανσης
- Σύνθεση υλικών
- Διαδικασίες παραγωγής
Εάν τα υλικά παραμείνουν εκτεθειμένα στη θερμότητα, η αντοχή τους σε εφελκυσμό μειώνεται. Ομοίως, οι χαμηλές θερμοκρασίες θα αυξήσουν την αντοχή σε εφελκυσμό. Αλλά αυτή η αλλαγή στην αντοχή είναι γενικά πολύ ελάχιστη. Η έκθεση στη θερμότητα και η θερμική επεξεργασία είναι δύο διαφορετικά πράγματα. Η θερμική επεξεργασία περιλαμβάνει τη στρατηγική χρήση θερμότητας για την τροποποίηση των υλικών.
Για παράδειγμα, οι κατασκευαστές χρησιμοποιούν ανόπτηση, μια διαδικασία θερμικής επεξεργασίας που μειώνει την αντοχή σε εφελκυσμό. Αντίθετα, η απόσβεση είναι μια άλλη διαδικασία θερμικής επεξεργασίας που αυξάνει την αντοχή σε εφελκυσμό. Η σύνθεση του υλικού είναι ένας άλλος παράγοντας που την επηρεάζει. Τα καθαρά μέταλλα έχουν γενικά χαμηλότερη αντοχή σε εφελκυσμό από τα κράματα.
Το σημείο όπου το υλικό σπάει ονομάζεται σημείο θραύσης. Γενικά, το σημείο θραύσης και η τελική αντοχή σε εφελκυσμό είναι παρόμοια. Η UTS αντιπροσωπεύει επίσης το σημείο υψηλής πίεσης που μπορεί να αντέξει ένα υλικό πριν καταστραφεί. Αλλά στο σημείο θραύσης, το υλικό σπάει. Δεν μπορεί να αντέξει ούτε ένα μικρό ποσό πίεσης μετά από αυτό το επίπεδο.
Συχνές ερωτήσεις
Ποιες μονάδες χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση της αντοχής σε εφελκυσμό;
Το Pascal (Pa) είναι μια μονάδα που χρησιμοποιείται διεθνώς για τη μέτρηση της αντοχής σε εφελκυσμό. Ωστόσο, χρησιμοποιούνται και άλλες μονάδες, όπως MPa, PSI ή PSI, για να το εκφράσουν.
Ποια είναι η διαφορά μεταξύ της αντοχής σε εφελκυσμό και του ορίου διαρροής;
Η αντοχή σε εφελκυσμό είναι το υψηλότερο σημείο τάσης στο οποίο το υλικό σπάει. Το όριο διαρροής είναι όταν το υλικό αρχίζει να παραμορφώνεται μόνιμα. Δεν σπάει σε αυτό το επίπεδο, αλλά δεν επιστρέφει στην αρχική του μορφή.
Μπορεί να βελτιωθεί η αντοχή σε εφελκυσμό;
Ναι, η αντοχή του υλικού σε εφελκυσμό μπορεί να βελτιωθεί. Για παράδειγμα, η προσθήκη προσμίξεων μπορεί να αυξήσει τη σκληρότητα και την αντοχή του σε εφελκυσμό. Επιπλέον, οι διάφορες θερμαντικές επεξεργασίες μεταβάλλουν επίσης την αντοχή του υλικού σε εφελκυσμό.
Συμπέρασμα
Είναι ενδιαφέρον ότι η αντοχή σε εφελκυσμό παίζει αναπόσπαστο ρόλο στην ποιότητα του προϊόντος. Βοηθά τους κατασκευαστές να επιλέξουν το κατάλληλο υλικό για τα προϊόντα τους. Βιομηχανίες όπως η αυτοκινητοβιομηχανία και η αεροδιαστημική βασίζονται στην αντοχή σε εφελκυσμό. Χρησιμοποιούν αυτή την παράμετρο κατά την επιλογή υλικών για την παραγωγή αξιόπιστων προϊόντων.
Λάβετε υπόψη ότι τα διάφορα υλικά έχουν διαφορετικές αντοχές εφελκυσμού. Σε αυτό το άρθρο, εξηγώ την πλήρη διαδικασία για το πώς μπορείτε να μετρήσετε τις αντοχές εφελκυσμού. Εν ολίγοις, θα χρειαστείτε ένα μηχάνημα δοκιμής εφελκυσμού και θα είστε έτοιμοι να ξεκινήσετε. Ελπίζω ότι αυτό το άρθρο θα προσθέσει αξία στον υπολογισμό της εφελκυστικής αντοχής των υλικών.