Quels sont les essais de propriétés mécaniques courants des matériaux?

Les propriétés mécaniques des matériaux se réfèrent aux propriétés mécaniques des matériaux soumis à diverses charges appliquées (tension, compression, flexion, torsion, impact, contrainte alternative, etc.) dans différents environnements (température, milieu, humidité).

Les forces agissant sur un objet peuvent être classées en charges statiques: les forces agissant progressivement et lentement sur la table de travail, telles que la pression sur le lit, la tension du câble. Charges dynamiques: y compris les charges d'impact et les charges alternantes, telles que l'impact sur la tige du marteau à air, les engrenages, les ressorts.

Champ d'application:

1. Matériaux en caoutchouc: produits en caoutchouc, tuyaux, rubans, joints toriques, pneus et autres matériaux et produits en caoutchouc.

2. Matériaux plastiques: produits en plastique, films, tuyaux, plaques, matériaux d'emballage, produits en nylon, rouleaux imperméables et autres matériaux et produits en plastique.

3. Matériaux métalliques: produits métalliques, produits en acier inoxydable, boulons, fils d'acier, produits en alliage et autres matériaux et produits métalliques.

4. Matériaux de construction: bois, panneaux, verre, béton, produits en graphite, etc.

Essais généraux de propriétés mécaniques des matériaux - essais de traction

Généralités

Les essais visant à déterminer les propriétés d'un matériau soumis à une charge de traction sont également appelés essais de traction. C'est l'une des méthodes de base pour tester les propriétés mécaniques des matériaux. Il est principalement utilisé pour tester si les matériaux répondent aux normes requises et pour étudier les propriétés des matériaux.

Indicateurs de performance

L'essai de traction peut déterminer une série d'indices de résistance et de plasticité du matériau. La résistance est généralement définie comme la capacité d'un matériau à résister à la déformation élastique, à la déformation plastique et à la rupture sous des forces extérieures. Sous la charge de traction, le matériau est appelé rendement lorsqu'il n'y a pas d'augmentation de la charge et qu'il y a encore une déformation plastique évidente. La contrainte à laquelle le rendement se produit est appelée limite d'élasticité ou limite d'élasticité physique et est exprimée en σs (PA). Il y a beaucoup de matériaux dans l'ingénierie qui n'ont pas de limite d'élasticité évidente, généralement 0,2% de la valeur de contrainte résultant de la déformation plastique résiduelle du matériau comme limite d'élasticité, appelée limite d'élasticité conditionnelle ou limite d'élasticité conditionnelle, exprimée en σ0,2. La contrainte maximale atteinte par le matériau avant la rupture, appelée résistance à la traction ou limite de résistance, est exprimée en σB (PA).

La plasticité est la capacité du matériau métallique à produire une déformation plastique sans dommage sous charge. Les indices de plasticité couramment utilisés sont l'allongement et le retrait de la section. L'allongement, également appelé allongement, est le pourcentage de l'allongement total de l'échantillon de matériau après rupture sous charge de traction, c'est - à - dire le rapport de la longueur initiale, exprimé en delta. Le rétrécissement de la section est le pourcentage du rapport entre le rétrécissement de la section et la section transversale d'origine après la rupture de l'éprouvette sous charge de traction, exprimé en μ.

La limite d'élasticité conditionnelle σ0,2, la limite d'élasticité σB, l'allongement δ et le retrait de section φ sont les quatre indices de performance mesurés fréquemment dans les essais de traction. De plus, le module élastique e, la limite proportionnelle σp et la limite élastique σe peuvent être déterminés.

Courbe de données

La courbe de traction tracée par la machine d'essai est en fait la courbe d'allongement de la charge (voir fig.), par exemple, la courbe contrainte - déformation peut être obtenue en divisant la valeur des coordonnées de charge et la valeur des coordonnées d'allongement par la section transversale originale de l'échantillon et la distance de l'échantillon, respectivement. Au fur et à mesure que la charge continue, la courbe s'écarte de Op jusqu'au point E. À ce point, si la charge est enlevée, l'échantillon peut encore revenir à son état d'origine, mais si le point e est dépassé, l'échantillon ne peut pas revenir à son état d'origine. La contrainte au Point e est la limite élastique σe. σe réel, En général, l'allongement résiduel de l'échantillon d'essai atteint 0,01% du pas initial comme limite élastique, exprimée en σ0,01. La déformation de l'échantillon le long de la courbe es atteint le point s, où la contrainte est le point d'élasticité σs ou 0,2% de l'allongement résiduel et la limite d'élasticité conditionnelle σ0,2%. La limite de résistance σB est obtenue en divisant la charge par la section transversale d'origine après que le point s continue d'augmenter la charge jusqu'à la charge maximale avant la rupture du point B. après le point B, l'éprouvette continue de s'allonger, tandis que la section transversale diminue et la capacité commence à diminuer jusqu'à ce que le point K se brise. Le rapport entre la charge au moment de la rupture et la section transversale au point de rupture est appelé résistance à la rupture.

La figure 1 montre l'éprouvette de traction standard et l'éprouvette après rupture, avec une longueur de distance marquée sur l'éprouvette.

La figure 2 montre la relation tension (charge et allongement) de l'acier de construction en général.

Essai de traction à haute température

Généralités

L'essai de traction à haute température est un essai de traction effectué à haute température au - dessus de la température ambiante. L'essai de traction à haute température tient compte non seulement de la contrainte et de la déformation, mais aussi de la température et du temps. La température a une grande influence sur les propriétés de traction à haute température, de sorte que le contrôle de la température est très strict. Les éprouvettes sont normalement chauffées par un four électrique, la zone de travail du four doit avoir une chaleur suffisamment uniforme et être équipée d'un régulateur automatique de température.

Impact

Les matériaux métalliques fonctionnent à des températures élevées qui n'ont pas encore causé de fluage ou, bien que le fluage soit déjà possible à la température, le fluage n'a pas joué un rôle décisif en raison de la courte durée de travail. Dans les deux cas ci - dessus, les propriétés mesurées par traction à haute température et à court terme deviennent des indices importants des propriétés mécaniques des matériaux. Parfois, pour déterminer le procédé de traitement thermique, il faut aussi déterminer la capacité de traction à court terme du matériau à la température de traitement thermique.

Analyse des essais

Les indices de performance spécifiés dans l'essai de traction à haute température des matériaux métalliques sont essentiellement les mêmes que ceux de l'essai de traction à température ambiante, mais il s'agit généralement de quatre indices de performance pour mesurer la résistance à la traction, la limite d'élasticité, l'allongement après rupture et le retrait à la rupture. En raison de l'essai de traction à haute température et à court terme, la durée de la charge a un effet significatif sur les propriétés de traction. La résistance à la traction des éprouvettes de traction à haute température de courte durée a augmenté de façon significative. Ci - dessous.

La méthode d'essai de traction à court terme à haute température est essentiellement la même que celle à température ambiante. Les tendances pour les quatre indicateurs sont illustrées à la figure en fonction de l'évolution de la température.

Applications de la recherche

Des échantillons isotropes de silicium amorphe sous - micron (A - Si) ont été soumis à des essais quantitatifs de compression et de traction à l'aide d'un système d'essai nanomécanique en TEM par les professeurs Shan Zhiwei et Marne de l'Université Xi Jiaotong et le professeur zhuli du Massachusetts Institute of Technology (MIT).

Ce travail ouvre un mécanisme inexploré pour l'asymétrie de tension et de compression inhérente aux matériaux. Les résultats ont été publiés dans la revue Nature. Matt. Intitulé « asymétrie tension - compression du silicium amorphe ». Cette asymétrie anormale tension - compression (t - c) s'applique également à d'autres matériaux tels que le silicium amorphe et fournit des orientations importantes pour l'application de la microélectronique et du MEMS dans le silicium amorphe de petite taille. L'avenir pourrait stimuler l'invention de nouveaux matériaux avec de nouvelles élasticités.