Ražas stiprums pret stiepes izturību: Galvenais metrika materiāla mehānikā

Ražas stiprums pret stiepes izturību: Galvenais metrika materiāla mehānikā

Izpratne par dažādiem terminiem, ko izmanto metālu definēšanai, ir svarīgi tos pareizi ieviest savos komponentos. Ražas stiprums un stiepes izturība ir divas no vissvarīgākajām fizikālajām īpašībām, bet kādi ir šie divi termini un kāda ir atšķirība starp tām?

Ražas stiprums attiecas uz punktu, kurā materiāls pārstāj deformēties elastīgi (īslaicīgi), un sāk deformējoties plastiski (pastāvīgi), ja to pakļauts stresam.

Elastīgā deformācija ir tad, kad materiāls ir saliekts, izstiepts, savīti vai saspiests un pēc slodzes noņemšanas atgriežas sākotnējā formā. Plastiskā deformācija ir pastāvīga deformācija, kur komponents vai materiāls maina formu pēc spēka pielietošanas.

Ražas stiprumu bieži izmanto, lai definētu materiāla stiprumu, jo vairumā gadījumu, tiklīdz komponents ir deformēts, tas vairs nav funkcionāls. Mehānisko īpašību ziņā, norādot projekta vai komponenta materiālu, ražas stiprums ir viena no vissvarīgākajām īpašībām.

Kas ir stiepes izturība?
Stiepes izturība, ko bieži saīsina kā UTS, ir mērs tam, cik daudz stresa var izturēt materiālu pirms pārrāvuma. Tērauda gadījumā tas parasti ir 130-140% no ražas stipruma.

UTS punkts nav punkts, kurā materiāls sabojājas, bet drīzāk punkts, kurā celms materiālā mainās no globālās vienveidīgās deformācijas uz lokalizētu deformāciju, kas izpaužas kā komponenta stiepšanās un sašaurināšana (ja tas neizdodas spriedzē).

Kāda ir atšķirība starp ražas un stiepes izturību?
Ražas stiprums ir punkts, kurā materiāls sāk deformēties plastiski, kas nozīmē, ka tas saliecas vai stiepjas, savukārt stiepes izturība ir maksimālais spriegums, ko materiāls var izturēt.

Lai arī abi faktori ir svarīgi, ražas stiprumu biežāk izmanto, norādot materiālus komponentiem. Tas notiek tāpēc, ka pēc tam, kad materiāls pārsniedz plastiskās deformācijas punktu, to vairs nevar izmantot. Labi izstrādāts komponents parasti tiks uzsvērts tikai 50% no tā ražas stipruma ekspluatācijā, atkarībā no pielietojuma un tā drošības koeficienta.

Vai stiepes izturība ir augstāka par ražas stiprumu?
Tādos materiālos kā viegls tērauds, ražas stiprums ir aptuveni 30-40% zemāks par stiepes izturību, bet tas neattiecas uz visiem metāliem. Trauslos materiālos, piemēram, tērauda augsts oglekļa saturs, stiepes izturība ir tikai nedaudz augstāka nekā ražas stiprums, jo materiālam trūkst elastības un tāpēc pirms laušanas tas nav daudz deformēts.

Kā mēra ražas stiprumu un stiepes izturību?
Stiepes izturība un ražas stiprums ir inženiertehniskā spriegums, ko mēra kā spēks uz laukuma vienību, parasti mārciņās uz kvadrātcollu (PSI) Ziemeļamerikā un Paskālos vai megapascals starptautiskajā sistēmā. Standartizēti testi ir izplatīti, izmantojot plakanas vai apaļas testa paraugus.

Hidrauliskais vai skrūvju tipa testeris izstiepj paraugu, vienlaikus reģistrējot piedzīvoto spriegumu un celmu. Lielākajai daļai viendabīgo metālu ir lineāra stresa un deformācijas saistība līdz ražas stiprības punktam.

Kāds ir kopējo materiālu ražas stiprums?

Materiāla stiprums ir ļoti atkarīgs no konkrētajiem leģējošajiem elementiem, ko tas satur. Šeit ir daži parasto inženiertehnisko materiālu ražas un stiepes stiprības piemēri:

Kā redzat, kaļamiem materiāliem, piemēram, alumīnijam un varam, ir liela sprauga starp to ražu un stiepes izturību, savukārt trausliem materiāliem, piemēram, augsta oglekļa instrumentu tēraudiem, ir pretēji.

Fakti par stiepes izturību
Volfrūtam ir visaugstākā stiepes izturība no visiem metāliem - aptuveni 980 MPa.

Dažiem ļoti kaļamiem metāliem, piemēram, zeltu, ir ražas stiprums, kas ir lielāks par to stiepes izturību, jo tie kakls pie zemāka sprieguma, bet tie var izstiepties ievērojami vairāk nekā metāli, piemēram, tērauds.

Lai arī zirnekļa zīda stiepes izturība ir tikai 1,5 GPA, tā ir piecas reizes spēcīgāka par tēraudu pēc svara.