Heb je je ooit afgevraagd waarom sommige materialen buigen en andere breken? Dit cruciale gedrag wordt bepaald door hun vloeigrens, een belangrijke eigenschap die de spanning definieert waarbij een materiaal permanent begint te vervormen. In dit artikel verkennen we het concept van vloeigrens, het belang ervan in engineering en de factoren die het beïnvloeden. Aan het eind zult u begrijpen hoe de vloeigrens de materiaalselectie en het ontwerp beïnvloedt, zodat constructies zowel veilig als efficiënt zijn.
De vloeigrens is de vloeigrens van metalen materialen wanneer de rek optreedt, wat ook de spanning is die microplastische vervorming tegengaat.
Voor metaalmaterialen zonder duidelijke rekgrens wordt de spanningswaarde die 0,2% restvervorming produceert gespecificeerd als de vloeigrens, die voorwaardelijke vloeigrens of vloeigrens wordt genoemd.
Een externe kracht die de vloeigrens overschrijdt, zal resulteren in een permanente breuk van het onderdeel en kan niet hersteld worden.
De vloeigrens van staal met een laag koolstofgehalte is bijvoorbeeld 207MPa. Wanneer het onderdeel wordt blootgesteld aan een externe kracht die deze limiet overschrijdt, zal het blijvend vervormen.
Als de externe kracht echter lager is dan deze limiet, zal het onderdeel terugkeren naar zijn oorspronkelijke vorm.
De vloeigrens is een algemeen gebruikte evaluatie-index van de mechanische eigenschappen van vaste materialen en vertegenwoordigt de werkelijke gebruikslimiet van het materiaal. Wanneer de spanning op een materiaal de vloeigrens overschrijdt, treedt nekvorming op en ervaart het materiaal snelle vervorming, wat leidt tot schade en het onbruikbaar maakt.
Wanneer de spanning op een materiaal de elasticiteitsgrens overschrijdt en de vloeifase ingaat, neemt de vervormingssnelheid toe. Tijdens deze fase ondergaat het materiaal zowel elastische als plastische vervorming. Op het punt waar de plastische rek sterk toeneemt, fluctueren de spanning en rek lichtjes, wat resulteert in het bezwijken. De maximale en minimale spanning in dit stadium worden respectievelijk de bovenste en onderste rekgrens genoemd.
Omdat de waarde van de onderste vloeipunt relatief stabiel is, wordt het beschouwd als een betrouwbare indicator van de weerstand van het materiaal en wordt het vaak de vloeipunt of vloeigrens (ReL of Rp0.2) genoemd.
Sommige staalsoorten, zoals hoog koolstofstaalgeen duidelijk vloeiverschijnsel vertonen. In dergelijke gevallen wordt de vloeigrens gedefinieerd als de spanning waarbij lichte plastische vervorming (0,2%) optreedt en staat bekend als de voorwaardelijke vloeigrens.
Wanneer er een kracht wordt uitgeoefend op een materiaal, ondergaat het vervorming. Deze vervorming kan worden onderverdeeld in twee soorten: elastische vervorming, waarbij het materiaal terugkeert naar zijn oorspronkelijke vorm wanneer de externe kracht wordt verwijderd, en plastische vervorming, waarbij de vorm van het materiaal permanent verandert, wat resulteert in uitrekking of inkorting.
De vloeigrens van constructiestaal wordt gebruikt als basis voor het bepalen van de ontwerpspanning. De vloeigrens, gewoonlijk gesymboliseerd door σs, is de kritische spanningswaarde waarbij het materiaal bezwijkt.
De vloeigrens wordt algemeen gebruikt als een evaluatie-index van de mechanische eigenschappen van vaste materialen en vertegenwoordigt de werkelijke gebruiksgrens van het materiaal. Wanneer de spanning op een materiaal de vloeigrens overschrijdt, treedt plastische vervorming op en neemt de spanning toe, waardoor het materiaal ongeldig en onbruikbaar wordt.
1. Scheurvorming: scheurvorming en spanningsbleken.
2. Schuifspanning.
Bepaling van de vloeigrens
Voor metaalmaterialen zonder een duidelijk vloeiverschijnsel wordt de gespecificeerde niet-proportionele reksterkte of de gespecificeerde restrekspanning gemeten. Voor metaalmaterialen met een duidelijk vloeiverschijnsel kunnen de vloeigrens, de bovenste vloeigrens en de onderste vloeigrens gemeten worden.
Gewoonlijk wordt alleen de onderste vloeigrens gemeten. Er zijn twee gebruikelijke methoden om de bovenste en onderste rekgrens te bepalen: de grafische methode en de aanwijsmethode.
Grafische methode
Tijdens de test wordt een automatisch registratieapparaat gebruikt om het kracht-verplaatsingsdiagram uit te zetten. De spanning, weergegeven door de krachtasverhouding per millimeter, moet over het algemeen minder zijn dan 10 N/mm^2 en de kromme moet minimaal doorlopen tot het einde van de vloeifase.
Om de vloeigrens, bovenste vloeigrens en onderste vloeigrens te bepalen, worden de constante kracht (Fe) bij het vloeiplatform op de kromme, de maximale kracht (Feh) vóór de eerste krachtdaling tijdens de vloeifase en de minimale kracht (FeL) zonder het initiële onmiddellijke effect berekend.
De vloeigrens kan worden berekend met de volgende formule: Re = Fe/So, waarbij Fe de constante kracht bij vloeigrens is.
De bovenste rekgrens wordt als volgt berekend: Reh = Feh/So, waarbij Feh de maximale kracht is vóór de eerste krachtdaling tijdens de vloeifase.
De onderste vloeigrens wordt als volgt berekend: ReL = FeL/So, waarbij FeL de minimale kracht is zonder het initiële onmiddellijke effect.
Wijzermethode
Tijdens de test worden de vloeigrens, de bovenste vloeigrens en de onderste vloeigrens bepaald door respectievelijk de constante kracht te meten wanneer de wijzer van de krachtmeetschijf voor de eerste keer stopt met draaien, de maximale kracht voordat de wijzer voor de eerste keer draait en de minimale kracht die het initiële momentane effect niet bereikt.
Er zijn drie veelgebruikte rendementsnormen in de bouwtechniek:
Interne factoren die de opbrengst beïnvloeden sterkte van materialen Zoals binding, structuur, atomaire aard en meer. Bij het vergelijken van de opbrengst sterkte van metalen met die van keramiek en polymeren is het duidelijk dat de invloed van binding fundamenteel is.
Vanuit een structureel perspectief zijn er vier versterkingsmechanismen die de vloeigrens van metalen materialen kunnen beïnvloeden:
Precipitatieversterking en korrelverfijning zijn veelgebruikte methoden om de vloeigrens van industriële legeringen te verhogen. Van deze versterkingsmechanismen kunnen de eerste drie de sterkte van het materiaal verbeteren, maar ook de plasticiteit verlagen. Korrelverfijning is de enige manier om zowel sterkte als plasticiteit te verbeteren.
Externe factoren die de vloeigrens beïnvloeden zijn temperatuur, reksnelheid en spanningstoestand. Als de temperatuur afneemt en de reksnelheid toeneemt, neemt de vloeigrens van materialen toe, vooral voor lichaamsgecentreerde kubieke metalen. Deze metalen zijn zeer gevoelig voor temperatuur en reksnelheid, wat leidt tot brosse breuk bij lage temperatuur in staal.
De invloed van de spanningstoestand is ook significant, omdat de vloeigrens een belangrijke index is die de interne eigenschappen van materialen weergeeft. De waarden van de vloeigrens kunnen echter variëren naargelang de spanningstoestand. De vloeigrens wordt meestal gerelateerd aan de vloeigrens in eenassige spanning.
Volgens traditionele sterkteontwerpmethoden wordt toelaatbare spanning [σ] voor plastische materialen gespecificeerd op basis van de vloeigrens (σys) en berekend als [σ]=σys/n, waarbij n een veiligheidsfactor is die kan variëren van 1,1 tot 2 of hoger, afhankelijk van de situatie. Voor brosse materialen wordt toelaatbare spanning [σ] opgegeven op basis van de treksterkte (σb) en berekend als [σ]=σb/n, waarbij n meestal 6 is.
Het is belangrijk op te merken dat de traditionele sterkteontwerpmethode vaak voorrang geeft aan een hoge vloeigrens van materialen, wat kan resulteren in een verminderde weerstand tegen brosse breuken. Naarmate de vloeigrens van materialen toeneemt, worden ze gevoeliger voor spanningscorrosie en waterstofbrosheid. Omgekeerd hebben materialen met een lage vloeigrens meestal een goede koudvervormbaarheid en lasbaarheid.
Concluderend is de vloeigrens een cruciale index in materiaaleigenschappen en geeft een ruwe meting van verschillende mechanische gedragingen en technologische eigenschappen van materialen in engineering.
Als oprichter van MachineMFG heb ik meer dan tien jaar van mijn carrière gewijd aan de metaalbewerkingsindustrie. Door mijn uitgebreide ervaring ben ik een expert geworden op het gebied van plaatbewerking, verspaning, werktuigbouwkunde en gereedschapsmachines voor metalen. Ik denk, lees en schrijf voortdurend over deze onderwerpen en streef er voortdurend naar om voorop te blijven lopen in mijn vakgebied. Laat mijn kennis en expertise een aanwinst zijn voor uw bedrijf.
NL 
EN 
AR 
DE 
ES 
FR 
IT 
JA 
PT 
PT_BR 
RU 
KO