లోహ పదార్థాల యాంత్రిక లక్షణాల సారాంశం

తన్యత బలం పరీక్ష ప్రధానంగా సాగతీత ప్రక్రియలో నష్టాన్ని నిరోధించే లోహ పదార్థాల సామర్థ్యాన్ని నిర్ణయించడానికి ఉపయోగించబడుతుంది మరియు పదార్థాల యాంత్రిక లక్షణాలను అంచనా వేయడానికి ముఖ్యమైన సూచికలలో ఒకటి.

1. తన్యత పరీక్ష

తన్యత పరీక్ష అనేది మెటీరియల్ మెకానిక్స్ యొక్క ప్రాథమిక సూత్రాలపై ఆధారపడి ఉంటుంది. కొన్ని పరిస్థితులలో పదార్థ నమూనాకు తన్యత భారాన్ని వర్తింపజేయడం ద్వారా, నమూనా విచ్ఛిన్నమయ్యే వరకు తన్యత వైకల్యానికి కారణమవుతుంది. పరీక్ష సమయంలో, వివిధ లోడ్‌ల కింద ప్రయోగాత్మక నమూనా యొక్క వైకల్యం మరియు నమూనా విచ్ఛిన్నమైనప్పుడు గరిష్ట లోడ్ నమోదు చేయబడతాయి, తద్వారా పదార్థం యొక్క దిగుబడి బలం, తన్యత బలం మరియు ఇతర పనితీరు సూచికలను లెక్కించవచ్చు.

ఒత్తిడి σ = F/A

σ అనేది తన్యత బలం (MPa)

F అనేది తన్యత భారం (N)

A అనేది నమూనా యొక్క క్రాస్-సెక్షనల్ ప్రాంతం

2. తన్యత వక్రత

సాగతీత ప్రక్రియ యొక్క అనేక దశల విశ్లేషణ:

a. చిన్న భారం ఉన్న OP దశలో, పొడుగు భారంతో రేఖీయ సంబంధంలో ఉంటుంది మరియు Fp అనేది సరళ రేఖను నిర్వహించడానికి గరిష్ట భారం.

బి. లోడ్ Fpని దాటిన తర్వాత, తన్యత వక్రత ఒక నాన్-లీనియర్ సంబంధాన్ని తీసుకోవడం ప్రారంభిస్తుంది. నమూనా ప్రారంభ వైకల్య దశలోకి ప్రవేశిస్తుంది మరియు లోడ్ తొలగించబడుతుంది మరియు నమూనా దాని అసలు స్థితికి తిరిగి వచ్చి స్థితిస్థాపకంగా వైకల్యం చెందుతుంది.

c. భారం Fe ను దాటిన తర్వాత, భారం తొలగించబడుతుంది, వైకల్యంలో కొంత భాగాన్ని పునరుద్ధరించబడుతుంది మరియు అవశేష వైకల్యంలో కొంత భాగాన్ని నిలుపుకుంటారు, దీనిని ప్లాస్టిక్ వైకల్యం అంటారు. Fe ను ఎలాస్టిక్ పరిమితి అంటారు.

d. భారం మరింత పెరిగినప్పుడు, తన్యత వక్రరేఖ రంపపు దంతాలను చూపుతుంది. భారం పెరగనప్పుడు లేదా తగ్గనప్పుడు, ప్రయోగాత్మక నమూనా యొక్క నిరంతర పొడిగింపు దృగ్విషయాన్ని దిగుబడి అంటారు. దిగుబడి తర్వాత, నమూనా స్పష్టమైన ప్లాస్టిక్ వైకల్యానికి లోనవుతుంది.

e. దిగుబడి తర్వాత, నమూనా వైకల్య నిరోధకత, పని గట్టిపడటం మరియు వైకల్య బలోపేతంలో పెరుగుదలను చూపుతుంది. లోడ్ Fbకి చేరుకున్నప్పుడు, నమూనా యొక్క అదే భాగం తీవ్రంగా కుంచించుకుపోతుంది. Fb అనేది బల పరిమితి.

f. సంకోచ దృగ్విషయం నమూనా యొక్క బేరింగ్ సామర్థ్యంలో తగ్గుదలకు దారితీస్తుంది. లోడ్ Fk కి చేరుకున్నప్పుడు, నమూనా విరిగిపోతుంది. దీనిని ఫ్రాక్చర్ లోడ్ అంటారు.

దిగుబడి బలం

దిగుబడి బలం అనేది ఒక లోహ పదార్థం ప్లాస్టిక్ వైకల్యం ప్రారంభం నుండి బాహ్య శక్తికి గురైనప్పుడు పూర్తి పగులు వరకు తట్టుకోగల గరిష్ట ఒత్తిడి విలువ. ఈ విలువ పదార్థం సాగే వైకల్య దశ నుండి ప్లాస్టిక్ వైకల్య దశకు మారే కీలకమైన బిందువును సూచిస్తుంది.

వర్గీకరణ

ఎగువ దిగుబడి బలం: దిగుబడి సంభవించినప్పుడు మొదటిసారి బలం తగ్గే ముందు నమూనా యొక్క గరిష్ట ఒత్తిడిని సూచిస్తుంది.

తక్కువ దిగుబడి బలం: ప్రారంభ తాత్కాలిక ప్రభావాన్ని విస్మరించినప్పుడు దిగుబడి దశలో కనిష్ట ఒత్తిడిని సూచిస్తుంది. తక్కువ దిగుబడి బిందువు విలువ సాపేక్షంగా స్థిరంగా ఉంటుంది కాబట్టి, దీనిని సాధారణంగా పదార్థ నిరోధకత యొక్క సూచికగా ఉపయోగిస్తారు, దీనిని దిగుబడి బిందువు లేదా దిగుబడి బలం అని పిలుస్తారు.

గణన సూత్రం

ఎగువ దిగుబడి బలం కోసం: R = F / Sₒ, ఇక్కడ F అనేది దిగుబడి దశలో మొదటిసారి బలం తగ్గే ముందు గరిష్ట శక్తి, మరియు Sₒ అనేది నమూనా యొక్క అసలు క్రాస్-సెక్షనల్ ప్రాంతం.

తక్కువ దిగుబడి బలం కోసం: R = F / Sₒ, ఇక్కడ F అనేది ప్రారంభ తాత్కాలిక ప్రభావాన్ని విస్మరించి కనిష్ట శక్తి F, మరియు Sₒ అనేది నమూనా యొక్క అసలు క్రాస్-సెక్షనల్ ప్రాంతం.

యూనిట్

దిగుబడి బలాన్ని కొలిచే యూనిట్ సాధారణంగా MPa (మెగాపాస్కల్) లేదా N/mm² (చదరపు మిల్లీమీటర్‌కు న్యూటన్).

ఉదాహరణ

ఉదాహరణకు తక్కువ కార్బన్ స్టీల్‌ను తీసుకుంటే, దాని దిగుబడి పరిమితి సాధారణంగా 207MPa ఉంటుంది. ఈ పరిమితి కంటే ఎక్కువ బాహ్య శక్తికి గురైనప్పుడు, తక్కువ కార్బన్ స్టీల్ శాశ్వత వైకల్యాన్ని కలిగిస్తుంది మరియు పునరుద్ధరించబడదు; ఈ పరిమితి కంటే తక్కువ బాహ్య శక్తికి గురైనప్పుడు, తక్కువ కార్బన్ స్టీల్ దాని అసలు స్థితికి తిరిగి రావచ్చు.

లోహ పదార్థాల యాంత్రిక లక్షణాలను అంచనా వేయడానికి దిగుబడి బలం ముఖ్యమైన సూచికలలో ఒకటి. బాహ్య శక్తులకు గురైనప్పుడు ప్లాస్టిక్ వైకల్యాన్ని నిరోధించే పదార్థాల సామర్థ్యాన్ని ఇది ప్రతిబింబిస్తుంది.

తన్యత బలం

తన్యత బలం అనేది తన్యత భారం కింద నష్టాన్ని నిరోధించే పదార్థం యొక్క సామర్థ్యం, ​​ఇది తన్యత ప్రక్రియలో పదార్థం తట్టుకోగల గరిష్ట ఒత్తిడి విలువగా ప్రత్యేకంగా వ్యక్తీకరించబడుతుంది. పదార్థంపై తన్యత ఒత్తిడి దాని తన్యత బలాన్ని మించిపోయినప్పుడు, పదార్థం ప్లాస్టిక్ వైకల్యం లేదా పగుళ్లకు లోనవుతుంది.

గణన సూత్రం

తన్యత బలం (σt) కోసం గణన సూత్రం:

σt = F / ఎ

ఇక్కడ F అనేది నమూనా విచ్ఛిన్నమయ్యే ముందు తట్టుకోగల గరిష్ట తన్యత శక్తి (న్యూటన్, N), మరియు A అనేది నమూనా యొక్క అసలు క్రాస్-సెక్షనల్ ప్రాంతం (చదరపు మిల్లీమీటర్, mm²).

యూనిట్

తన్యత బలం యొక్క యూనిట్ సాధారణంగా MPa (మెగాపాస్కల్) లేదా N/mm² (న్యూటన్ పర్ చదరపు మిల్లీమీటర్). 1 MPa అనేది చదరపు మీటరుకు 1,000,000 న్యూటన్‌లకు సమానం, ఇది కూడా 1 N/mm²కి సమానం.

ప్రభావితం చేసే అంశాలు

రసాయన కూర్పు, సూక్ష్మ నిర్మాణం, వేడి చికిత్స ప్రక్రియ, ప్రాసెసింగ్ పద్ధతి మొదలైన అనేక అంశాలచే తన్యత బలం ప్రభావితమవుతుంది. వేర్వేరు పదార్థాలు వేర్వేరు తన్యత బలాలను కలిగి ఉంటాయి, కాబట్టి ఆచరణాత్మక అనువర్తనాల్లో, పదార్థాల యాంత్రిక లక్షణాల ఆధారంగా తగిన పదార్థాలను ఎంచుకోవడం అవసరం.

ఆచరణాత్మక అనువర్తనం

మెటీరియల్ సైన్స్ మరియు ఇంజనీరింగ్ రంగంలో తన్యత బలం చాలా ముఖ్యమైన పరామితి, మరియు దీనిని తరచుగా పదార్థాల యాంత్రిక లక్షణాలను అంచనా వేయడానికి ఉపయోగిస్తారు. నిర్మాణ రూపకల్పన, పదార్థ ఎంపిక, భద్రతా అంచనా మొదలైన వాటి పరంగా, తన్యత బలం అనేది పరిగణించవలసిన అంశం. ఉదాహరణకు, నిర్మాణ ఇంజనీరింగ్‌లో, ఉక్కు యొక్క తన్యత బలం అది భారాలను తట్టుకోగలదా అని నిర్ణయించడంలో ముఖ్యమైన అంశం; ఏరోస్పేస్ రంగంలో, తేలికైన మరియు అధిక బలం కలిగిన పదార్థాల తన్యత బలం విమానాల భద్రతను నిర్ధారించడంలో కీలకం.

అలసట బలం:

లోహ అలసట అనేది చక్రీయ ఒత్తిడి లేదా చక్రీయ ఒత్తిడి కింద ఒకటి లేదా అనేక ప్రదేశాలలో పదార్థాలు మరియు భాగాలు క్రమంగా స్థానిక శాశ్వత సంచిత నష్టాన్ని కలిగించే ప్రక్రియను సూచిస్తుంది మరియు నిర్దిష్ట సంఖ్యలో చక్రాల తర్వాత పగుళ్లు లేదా ఆకస్మిక పూర్తి పగుళ్లు సంభవిస్తాయి.

లక్షణాలు

సకాలంలో హఠాత్తుగా జరగడం: మెటల్ ఫెటీగ్ వైఫల్యం తరచుగా స్పష్టమైన సంకేతాలు లేకుండా తక్కువ సమయంలోనే అకస్మాత్తుగా సంభవిస్తుంది.

స్థితిలో స్థానం: అలసట వైఫల్యం సాధారణంగా ఒత్తిడి కేంద్రీకృతమై ఉన్న స్థానిక ప్రాంతాలలో సంభవిస్తుంది.

పర్యావరణం మరియు లోపాలకు సున్నితత్వం: లోహ అలసట పర్యావరణానికి మరియు పదార్థం లోపల ఉన్న చిన్న లోపాలకు చాలా సున్నితంగా ఉంటుంది, ఇది అలసట ప్రక్రియను వేగవంతం చేస్తుంది.

ప్రభావితం చేసే అంశాలు

ఒత్తిడి వ్యాప్తి: ఒత్తిడి పరిమాణం లోహం యొక్క అలసట జీవితాన్ని నేరుగా ప్రభావితం చేస్తుంది.

సగటు ఒత్తిడి పరిమాణం: సగటు ఒత్తిడి ఎక్కువగా ఉంటే, లోహం యొక్క అలసట జీవితకాలం తక్కువగా ఉంటుంది.

చక్రాల సంఖ్య: లోహం ఎక్కువ సార్లు చక్రీయ ఒత్తిడి లేదా ఒత్తిడికి లోనవుతుంది, అలసట నష్టం పేరుకుపోవడం అంత తీవ్రంగా ఉంటుంది.

నివారణ చర్యలు

మెటీరియల్ ఎంపికను ఆప్టిమైజ్ చేయండి: ఎక్కువ అలసట పరిమితులు ఉన్న మెటీరియల్‌లను ఎంచుకోండి.

ఒత్తిడి ఏకాగ్రతను తగ్గించడం: గుండ్రని మూల పరివర్తనలను ఉపయోగించడం, క్రాస్-సెక్షనల్ కొలతలు పెంచడం మొదలైన నిర్మాణ రూపకల్పన లేదా ప్రాసెసింగ్ పద్ధతుల ద్వారా ఒత్తిడి ఏకాగ్రతను తగ్గించడం.

ఉపరితల చికిత్స: ఉపరితల లోపాలను తగ్గించడానికి మరియు అలసట బలాన్ని మెరుగుపరచడానికి లోహ ఉపరితలంపై పాలిషింగ్, స్ప్రేయింగ్ మొదలైనవి.

తనిఖీ మరియు నిర్వహణ: పగుళ్లు వంటి లోపాలను వెంటనే గుర్తించి మరమ్మతు చేయడానికి లోహ భాగాలను క్రమం తప్పకుండా తనిఖీ చేయండి; అరిగిపోయిన భాగాలను మార్చడం మరియు బలహీనమైన లింక్‌లను బలోపేతం చేయడం వంటి అలసటకు గురయ్యే భాగాలను నిర్వహించండి.

లోహ అలసట అనేది ఒక సాధారణ లోహ వైఫల్య విధానం, ఇది ఆకస్మికత, స్థానికత మరియు పర్యావరణానికి సున్నితత్వం ద్వారా వర్గీకరించబడుతుంది. ఒత్తిడి వ్యాప్తి, సగటు ఒత్తిడి పరిమాణం మరియు చక్రాల సంఖ్య లోహ అలసటను ప్రభావితం చేసే ప్రధాన అంశాలు.

SN వక్రరేఖ: వివిధ ఒత్తిడి స్థాయిల కింద పదార్థాల అలసట జీవితాన్ని వివరిస్తుంది, ఇక్కడ S ఒత్తిడిని సూచిస్తుంది మరియు N ఒత్తిడి చక్రాల సంఖ్యను సూచిస్తుంది.

అలసట బలం గుణకం సూత్రం:

(Kf = కా \cdot Kb \cdot Kc \cdot Kd \cdot కే)

ఇక్కడ (Ka) అనేది లోడ్ కారకం, (Kb) అనేది పరిమాణ కారకం, (Kc) అనేది ఉష్ణోగ్రత కారకం, (Kd) అనేది ఉపరితల నాణ్యత కారకం మరియు (Ke) అనేది విశ్వసనీయత కారకం.

SN వక్రరేఖ గణిత సమాసం:

(\సిగ్మా^m N = సి)

ఇక్కడ (\sigma) అనేది ఒత్తిడి, N అనేది ఒత్తిడి చక్రాల సంఖ్య, మరియు m మరియు C అనేది పదార్థ స్థిరాంకాలు.

గణన దశలు

పదార్థ స్థిరాంకాలను నిర్ణయించండి:

ప్రయోగాల ద్వారా లేదా సంబంధిత సాహిత్యాన్ని సూచించడం ద్వారా m మరియు C విలువలను నిర్ణయించండి.

ఒత్తిడి ఏకాగ్రత కారకాన్ని నిర్ణయించండి: ఒత్తిడి ఏకాగ్రత కారకాన్ని నిర్ణయించడానికి భాగం యొక్క వాస్తవ ఆకారం మరియు పరిమాణాన్ని, అలాగే ఫిల్లెట్లు, కీవేలు మొదలైన వాటి వల్ల కలిగే ఒత్తిడి ఏకాగ్రతను పరిగణించండి. అలసట బలాన్ని లెక్కించండి: SN వక్రరేఖ మరియు ఒత్తిడి ఏకాగ్రత కారకం ప్రకారం, భాగం యొక్క డిజైన్ జీవితం మరియు పని ఒత్తిడి స్థాయితో కలిపి, అలసట బలాన్ని లెక్కించండి.

2. ప్లాస్టిసిటీ:

ప్లాస్టిసిటీ అనేది బాహ్య శక్తికి గురైనప్పుడు, బాహ్య శక్తి దాని స్థితిస్థాపక పరిమితిని మించినప్పుడు విచ్ఛిన్నం కాకుండా శాశ్వత వైకల్యాన్ని ఉత్పత్తి చేసే పదార్థం యొక్క లక్షణాన్ని సూచిస్తుంది. ఈ వైకల్యం తిరిగి పొందలేనిది, మరియు బాహ్య శక్తిని తొలగించినప్పటికీ పదార్థం దాని అసలు ఆకృతికి తిరిగి రాదు.

ప్లాస్టిసిటీ సూచిక మరియు దాని గణన సూత్రం

పొడుగు (δ)

నిర్వచనం: పొడుగు అనేది నమూనా అసలు గేజ్ పొడవుకు తన్యత విచ్ఛిన్నమైన తర్వాత గేజ్ విభాగం యొక్క మొత్తం వైకల్యం శాతం.

ఫార్ములా: δ = (L1 – L0) / L0 × 100%

ఇక్కడ L0 అనేది నమూనా యొక్క అసలు గేజ్ పొడవు;

L1 అనేది నమూనా విరిగిన తర్వాత గేజ్ పొడవు.

సెగ్మెంటల్ రిడక్షన్ (Ψ)

నిర్వచనం: నమూనాను అసలు క్రాస్-సెక్షనల్ ప్రాంతానికి విభజించిన తర్వాత నెకింగ్ పాయింట్ వద్ద క్రాస్-సెక్షనల్ ప్రాంతంలో గరిష్ట తగ్గింపు శాతం సెగ్మెంటల్ తగ్గింపు.

ఫార్ములా: Ψ = (F0 – F1) / F0 × 100%

ఇక్కడ F0 అనేది నమూనా యొక్క అసలు క్రాస్-సెక్షనల్ ప్రాంతం;

F1 అనేది నమూనా విరిగిన తర్వాత నెకింగ్ పాయింట్ వద్ద ఉన్న క్రాస్-సెక్షనల్ ప్రాంతం.

3. కాఠిన్యం

లోహ కాఠిన్యం అనేది లోహ పదార్థాల కాఠిన్యాన్ని కొలవడానికి ఒక యాంత్రిక ఆస్తి సూచిక. ఇది లోహ ఉపరితలంపై స్థానిక పరిమాణంలో వైకల్యాన్ని నిరోధించే సామర్థ్యాన్ని సూచిస్తుంది.

లోహ కాఠిన్యం యొక్క వర్గీకరణ మరియు ప్రాతినిధ్యం

లోహ కాఠిన్యం వివిధ పరీక్షా పద్ధతుల ప్రకారం వివిధ రకాల వర్గీకరణ మరియు ప్రాతినిధ్య పద్ధతులను కలిగి ఉంటుంది. ప్రధానంగా ఈ క్రింది వాటిని చేర్చండి:

బ్రైనెల్ కాఠిన్యం (HB):

అప్లికేషన్ యొక్క పరిధి: సాధారణంగా పదార్థం మృదువుగా ఉన్నప్పుడు, ఫెర్రస్ కాని లోహాలు, వేడి చికిత్సకు ముందు లేదా ఎనియలింగ్ తర్వాత ఉక్కు వంటివి ఉపయోగిస్తారు.

పరీక్ష సూత్రం: ఒక నిర్దిష్ట పరిమాణంలో పరీక్ష లోడ్‌తో, ఒక నిర్దిష్ట వ్యాసం కలిగిన గట్టిపడిన ఉక్కు బంతి లేదా కార్బైడ్ బంతిని పరీక్షించడానికి లోహం యొక్క ఉపరితలంపైకి నొక్కి ఉంచుతారు మరియు నిర్దిష్ట సమయం తర్వాత లోడ్‌ను అన్‌లోడ్ చేస్తారు మరియు పరీక్షించాల్సిన ఉపరితలంపై ఉన్న ఇండెంటేషన్ యొక్క వ్యాసం కొలుస్తారు.

గణన సూత్రం: బ్రినెల్ కాఠిన్యం విలువ అనేది ఇండెంటేషన్ యొక్క గోళాకార ఉపరితల వైశాల్యంతో భారాన్ని విభజించడం ద్వారా పొందిన గుణకం.

రాక్‌వెల్ కాఠిన్యం (HR):

అప్లికేషన్ యొక్క పరిధి: సాధారణంగా వేడి చికిత్స తర్వాత కాఠిన్యం వంటి అధిక కాఠిన్యం కలిగిన పదార్థాలకు ఉపయోగిస్తారు.

పరీక్ష సూత్రం: బ్రైనెల్ కాఠిన్యం మాదిరిగానే ఉంటుంది, కానీ వేర్వేరు ప్రోబ్స్ (వజ్రం) మరియు విభిన్న గణన పద్ధతులను ఉపయోగిస్తుంది.

రకాలు: అప్లికేషన్ ఆధారంగా, HRC (అధిక కాఠిన్యం కలిగిన పదార్థాలకు), HRA, HRB మరియు ఇతర రకాలు ఉన్నాయి.

విక్కర్స్ కాఠిన్యం (HV):

అప్లికేషన్ యొక్క పరిధి: సూక్ష్మదర్శిని విశ్లేషణకు అనుకూలం.

పరీక్ష సూత్రం: 120 కిలోల కంటే తక్కువ లోడ్ ఉన్న మెటీరియల్ ఉపరితలాన్ని మరియు 136° శీర్ష కోణంతో డైమండ్ స్క్వేర్ కోన్ ఇండెంటర్‌ను నొక్కి, వికర్స్ కాఠిన్యం విలువను పొందడానికి మెటీరియల్ ఇండెంటేషన్ పిట్ యొక్క ఉపరితల వైశాల్యాన్ని లోడ్ విలువతో విభజించండి.

లీబ్ కాఠిన్యం (HL):

లక్షణాలు: పోర్టబుల్ కాఠిన్యం టెస్టర్, కొలవడం సులభం.

పరీక్ష సూత్రం: కాఠిన్యం ఉపరితలంపై ప్రభావం చూపిన తర్వాత ఇంపాక్ట్ బాల్ హెడ్ ద్వారా ఉత్పన్నమయ్యే బౌన్స్‌ను ఉపయోగించండి మరియు నమూనా ఉపరితలం నుండి ప్రభావ వేగానికి 1 మిమీ వద్ద పంచ్ యొక్క రీబౌండ్ వేగం నిష్పత్తి ద్వారా కాఠిన్యాన్ని లెక్కించండి.