Wat maakt een materiaal geschikt voor een specifieke technische toepassing? Het antwoord ligt in het begrijpen van de eigenschappen. Dit artikel behandelt 11 essentiële materiaaleigenschappen, zoals mechanische sterkte, slagvastheid en thermische geleidbaarheid, en biedt inzicht in hun definities, betekenis en praktische implicaties. Aan het einde van het artikel zult u begrijpen hoe deze eigenschappen de prestaties van een materiaal beïnvloeden en welke cruciale rol ze spelen bij het ontwerp en de productie van constructies.
Gekte: Craze is een soort defect dat optreedt tijdens het vervormingsproces van polymeermaterialen. Het verschijnt als een zilveren kleur door zijn lage dichtheid en hoge lichtreflectie. Craze komt voor in de zwakke of defecte delen van polymeermaterialen.
Superplasticiteit: Onder bepaalde omstandigheden vertoont het materiaal een zeer grote rek (rond 1000%) zonder halsvorming of breuk, wat superplasticiteit wordt genoemd. Het aandeel van spanning gegenereerd door korrelgrensverschuiving, εg, in de totale spanning, εt, is typisch tussen 50% en 70%, wat aangeeft dat korrelgrensverschuiving een belangrijke rol speelt in superplastische vervorming.
Brosse breuk: Voordat het materiaal breekt, is er geen duidelijke macroscopische plastische vervorming en zijn er geen waarschuwingssignalen. Dit proces verloopt vaak plotseling en snel, waardoor het zeer gevaarlijk is.
Kneedbare breuk: Het breukproces dat duidelijke macroscopische plastische vervorming vertoont voor en tijdens de breuk. Bij taaie breuk is het scheurgroeiproces over het algemeen langzaam en verbruikt het een grote hoeveelheid plastische vervormingsenergie.
Splijtende breuk: De brosse breuk langs een specifiek kristalvlak veroorzaakt door de vernietiging van bindingsbruggen tussen atomen onder normale spanning wordt splijtingsbreuk genoemd. De splijtstap, het rivierpatroon en het tongpatroon zijn de microscopische basiskenmerken van splijtingsbreuk.
Breuk door afschuiving: Breuk door afschuiving is de breuk die wordt veroorzaakt door het glijden en scheiden van materiaal langs het glijvlak onder afschuifspanning. Breuk door aggregatie van microporiën is een veel voorkomende vorm van taaie breuk in materialen. Het breukoppervlak is meestal donkergrijs en vezelig in macrovorm, terwijl het microbreukoppervlak een karakteristiek patroon heeft van vele "kuiltjes" verdeeld over het oppervlak.
Type spanning, mate van plastische vervorming, aan- of afwezigheid van omen en snelheid van scheurgroei.
Als het materiaal geen of zeer weinig plastische vervorming ondergaat vóór breuk en brosse breuk optreedt zonder halsvorming, dan is de kritische spanning σc gelijk aan de breukspanning σb.
Als er echter halsvorming optreedt vóór breuk, zijn σc en σb niet gelijk.
De Griffith formule is alleen geschikt voor brosse vaste stoffen die microscheurtjes bevatten, zoals glas, anorganische kristalmaterialen en ultrasterk staal.
Voor veel constructiematerialen, zoals constructiestaal en polymeermaterialen, ondergaat de scheurtip een aanzienlijke plastische vervorming, die een grote hoeveelheid plastische vervormingsenergie verbruikt.
Daarom moet de Griffith formule worden aangepast om dit fenomeen nauwkeurig weer te geven.
De verhouding van de maximale schuifspanning, τmax, tot de maximale normaalspanning, σmax, wordt de spanningstoestand zachtheidscoëfficiënt genoemd, aangeduid met α.
Hoe groter α is, hoe groter de maximale schuifspanningscomponent wordt, wat duidt op een zachtere spanningstoestand en een groter gemak van plastische vervorming in het materiaal.
Omgekeerd geldt dat hoe kleiner α is, hoe harder de spanningstoestand wordt, wat leidt tot meer brosse breuk.
Wanneer een proefstuk een kerf heeft, is zijn vloeispanning hoger dan die van een proefstuk onder eenassige spanning door de aanwezigheid van triaxiale spanning, wat het "kerfversterkende" fenomeen wordt genoemd.
Deze "kerfversterking" kan echter niet worden beschouwd als een methode voor materiaalversterking, omdat deze uitsluitend het resultaat is van de plastische vervorming van het materiaal onder druk van driedimensionale spanning.
In dit geval blijft de eigen waarde van σs van het materiaal onveranderd.
Herzien:
In unidirectionele trek is de normaalspanningscomponent groot terwijl de schuifspanningscomponent klein is, wat resulteert in een harde spanningstoestand.
Deze test wordt meestal toegepast op materialen met een lage weerstand tegen plastische vervorming en snijweerstand, bekend als plastische materialen.
Eenrichtingscompressie heeft een spanningstoestand zachtheidscoëfficiënt van a=2 en wordt voornamelijk gebruikt om brosse materialen te testen.
Buigtesten hebben geen last van de doorbuiging van het proefstuk die optreedt tijdens trektesten.
Bij buigen bereikt de spanningsverdeling op de doorsnede het maximum aan het oppervlak, waardoor het een effectieve manier is om oppervlaktedefecten in materialen weer te geven.
Torsietest: De zachtheidscoëfficiënt van de spanningstoestand bij torsie is hoger dan die bij trek, waardoor het een effectieve methode is voor het evalueren van de sterkte en plasticiteit van materialen die bros zijn onder trek.
Bij de torsietest is de spanningsverdeling op het proefstuk het hoogst aan het oppervlak, waardoor de test zeer gevoelig is voor de eigenschappen van het materiaal. oppervlakteverharding en oppervlaktedefecten.
De torsietest resulteert in ongeveer gelijke normaalspanning en afschuifspanning.
Het breukvlak in de torsietest staat loodrecht op de as van het proefstuk en wordt vaak gebruikt om plastische materialen te evalueren.
Bij normale breuk is de hoek tussen het breukvlak en de as van het proefstuk ongeveer 45 graden, wat te wijten is aan de normale spanning. Brosse materialen vertonen vaak dit type breukvlak.
Het principe van de Vickers-hardheidstest is vergelijkbaar met de Brinell-hardheid test, omdat beide methoden hardheidswaarden berekenen op basis van de belasting per oppervlakte-eenheid van de indrukking.
Het belangrijkste verschil tussen de twee testen is het type indringlichaam dat gebruikt wordt. Bij de Vickers hardheidsmeting wordt een diamanten piramidevormig indringlichaam gebruikt met een hoek van 136 graden tussen de tegenoverliggende zijden. Daarentegen gebruikt de Brinell hardheidsmeting een geharde stalen kogel of een harde legering kogel als indringlichaam.
Voordelen van de Brinell hardheidsmeting:
Het grote indrukgebied van de Brinell hardheidsmeting maakt het mogelijk om de gemiddelde prestatie van elke samenstellende fase over een groot gebied weer te geven en de testresultaten zijn stabiel en zeer herhaalbaar.
Daarom is de Brinell hardheidsmeting bijzonder geschikt voor het meten van de hardheid van materialen zoals grijs gietijzer en lagerlegeringen.
Nadelen van de Brinell hardheidsmeting:
De grote indrukdiameter van de Brinell hardheidsmeting maakt deze over het algemeen ongeschikt voor directe inspectie van eindproducten.
Bovendien zijn de noodzaak om de diameter van het indringlichaam en de belasting te vervangen voor materialen met een variërende hardheid, evenals het ongemak van het meten van de indrukkingdiameter, extra nadelen van de test.
Voordelen van de Rockwell hardheidsmeting:
Eenvoudige en snelle bediening;
De inkeping is klein en het werkstuk kan direct worden geïnspecteerd;
Nadelen:
Slechte weergave door kleine inkeping;
De hardheidswaarden gemeten met verschillende schalen kunnen niet direct vergeleken of uitgewisseld worden.
De Vickers hardheidsmeting heeft veel voordelen:
Nauwkeurige en betrouwbare meting;
Je kunt elke lading selecteren.
Bovendien heeft de Vickers-hardheid niet het probleem dat de hardheid van verschillende schalen van Rockwell-hardheid niet verenigd kunnen worden en dat de dikte van het teststuk dunner is dan die van de Rockwell-hardheid.
Nadelen van de Vickers hardheidsmeting:
De meetmethode is lastig, de werkefficiëntie is laag, het indrukkingsgebied is klein en de representativiteit is slecht, dus het is niet geschikt voor routine-inspectie van massaproductie.
Gerelateerde lectuur: Metaalhardheid: De definitieve gids
Wanneer de temperatuur tijdens het testen onder een bepaalde temperatuur, tk (de ductiel-brosse overgangstemperatuur), daalt, ondergaan materialen zoals metalen en legeringen met bcc of dicht opeengepakte hexagonale kristallen, in het bijzonder constructiestaal met een gemiddelde en lage sterkte dat vaak gebruikt wordt in de machinebouw, een overgang van een ductiele naar een brosse toestand, wat resulteert in een aanzienlijke afname van de schokabsorptie-energie.
Deze overgang wordt gekenmerkt door een verandering in breukwijze van microporieaggregatie naar transgranulaire splijting en een verandering in breukuiterlijk van vezelig naar kristallijn, een fenomeen dat bekend staat als brosheid bij lage temperatuur.
Bij temperaturen onder de ductiel-brosse overgangstemperatuur is de breuksterkte lager dan de treksterktewat resulteert in bros gedrag bij lage temperaturen.
A. Invloed van kristalstructuur: Lichaamsgecentreerde kubische metalen en hun legeringen hebben brosheid bij lage temperaturen, terwijl gezichtsgecentreerde kubische metalen en hun legeringen over het algemeen geen brosheid hebben bij lage temperaturen.
De brosheid van BCC-metalen bij lage temperaturen kan nauw verband houden met het late vloeiverschijnsel.
B. De invloed van de chemische samenstelling: de inhoud van interstitiële opgeloste elementen toeneemt, de hogere energie afneemt en de ductiele brosse overgangstemperatuur toeneemt.
C. Invloed van microstructuur: Het verfijnen van korrel en structuur kan de taaiheid van materialen vergroten.
D. Invloed van de temperatuur: Het is relatief complex en bros (blauw bros) binnen een bepaald temperatuurbereik.
E. Effect van de belastingssnelheid: Het verhogen van de belastingssnelheid is als het verlagen van de temperatuur, waardoor de brosheid van het materiaal toeneemt en de ductiele brosse overgangstemperatuur hoger wordt.
F. Invloed van de vorm en grootte van het proefstuk: hoe kleiner de krommingsstraal van de inkeping, hoe hoger tk.
Korrelgrenzen dienen als weerstand tegen scheurgroei.
De vermindering van het aantal dislocaties bij de pre-grain boundary packing helpt om de spanningsconcentratie te verminderen.
Een toename in het totale korrelgrensgebied vermindert de concentratie van onzuiverheden langs de korrelgrenzen, waardoor de kans op brosse breuk tussen korrels afneemt.
Als de werkspanning van grote onderdelen niet hoog is, zelfs ver onder de vloeigrens, treedt vaak brosse breuk op, die brosse breuk met lage spanning wordt genoemd.
KIC (de spannings-rekveld intensiteitsfactor bij de scheurtip in het scheurlichaam) is een maat voor vlakke vervormingsbreuktaaiheid en vertegenwoordigt het vermogen van een materiaal om onstabiele scheurgroei te weerstaan onder vlakke vervormingsomstandigheden.
JIc (de vervormingsenergie bij de scheurtip) staat ook bekend als breuktaaiheid en vertegenwoordigt het vermogen van een materiaal om scheurinitiatie en -voortplanting te weerstaan.
GIc vertegenwoordigt de energie die verbruikt wordt per oppervlakte-eenheid om onstabiele scheurgroei in een materiaal te voorkomen.
δC (openingsverplaatsing van de scheur), ook bekend als de breuktaaiheid van het materiaal, geeft het vermogen van een materiaal aan om te voorkomen dat de scheur begint uit te zetten.
KI en KIC zijn twee verschillende concepten.
KI is een mechanische parameter die de sterkte van het spanning-rekveld bij de scheurtip in het scheurlichaam weergeeft en is afhankelijk van de toegepaste spanning, de grootte van het monster en het type scheur, maar is onafhankelijk van het materiaal.
Aan de andere kant is KIC een mechanische eigenschappenindex van het materiaal die afhangt van interne factoren zoals samenstelling en structuur, maar niet beïnvloed wordt door externe factoren zoals toegepaste spanning en proefstukgrootte.
De relatie tussen KI en KIC is vergelijkbaar met die tussen σ en σs, waarbij KI en σ mechanische parameters zijn en KIC en σs mechanische eigenschapindexen van materialen.
(1) Dit type breuk is een plotselinge en onverwachte breuk die optreedt zonder merkbare plastische vervorming vóór falen door vermoeidheid en wordt gekenmerkt door brosse breuk.
(2) Falen door vermoeidheid is een type vertraagde breuk met een lage spanningscyclus.
(3) Vermoeiing is zeer gevoelig voor defecten zoals inkepingen, scheuren en structurele defecten.
(4) Vermoeidheidsvormen kunnen op verschillende manieren worden ingedeeld.
Volgens de spanningstoestand omvatten vermoeiingsvormen buigvermoeiing, torsiemoeiing, trek- en compressiemoeiing, contactvermoeiing en composietmoeiheid.
Op basis van het spanningsniveau en de breuklevensduur kan vermoeiing verder worden ingedeeld in vermoeiing met hoge cycli en vermoeiing met lage cycli.
Vermoeiingsbron, zone waar de vermoeiingsscheur groeit en zone van voorbijgaande breuk.
σ-1 (vermoeiingssterkte) vertegenwoordigt de vermoeiingssterkte van gladde proefstukken met oneindige levensduur, die geschikt is voor het traditionele ontwerp en de verificatie van de vermoeiingssterkte;
ΔKth (drempelwaarde van de groei van de vermoeiingsscheur) vertegenwoordigt de vermoeiingsprestatie van het scheurmonster met oneindige levensduur, die geschikt is voor het ontwerp en de controle van de vermoeiingssterkte van de gescheurde onderdelen.
Hechtingsslijtage, abrasieve slijtage, corrosieslijtage en slijtage door putvermoeidheid (contactmoeheid).
Hechtingsslijtage: Het slijtageoppervlak wordt gekenmerkt door korsten van verschillende grootte op het oppervlak van de onderdelen.
Slijtage door schuren: Groef gevormd door kras of duidelijke groef op wrijvingsoppervlak.
Contactmoeheid: er zijn veel putjes (pockmarks) op het contactoppervlak, waarvan sommige diep, en er zijn sporen van groeilijnen van vermoeiingsscheuren aan de onderkant.
Correct. Omdat de slijtage omgekeerd evenredig is met de hardheid.
De restdrukspanning van de oppervlaktelaag wordt verhoogd terwijl het oppervlak sterkte en hardheid worden verhoogd.
Specifieke temperatuur bij benadering: T/Tm
Kruip: Dit verwijst naar de geleidelijke plastische vervorming van een materiaal onder invloed van constante temperatuur en belasting gedurende een langere periode.
Duurzaamheidsterkte: Deze term verwijst naar de maximale spanning die een materiaal kan weerstaan zonder kruipbreuk te vertonen, onder een specifieke temperatuur en binnen een bepaald tijdsbestek.
Kruipgrens: Dit is de weerstand van een materiaal tegen kruipvervorming bij hoge temperatuur.
Ontspanningsstabiliteit: De term die wordt gebruikt om het vermogen van een materiaal te beschrijven om spanningsrelaxatie te weerstaan, wordt relaxatiestabiliteit genoemd.
De belangrijkste mechanismen van kruipvervorming in materialen zijn dislocatieverschuiving, atomaire diffusie en korrelgrensverschuiving.
Bij polymeermaterialen is het uitrekken van de molecuulketen onder externe kracht ook een factor die bijdraagt tot kruip.
Interkristallijne breuk is een veel voorkomende vorm van kruipbreuk, vooral bij hoge temperaturen en lage spanningsniveaus. Dit komt omdat de sterkte van polykristallijne korrels en korrelgrenzen afneemt met de temperatuur, maar de laatste neemt sneller af, wat leidt tot een lagere sterkte van de korrelgrenzen in verhouding tot de sterkte van de korrels bij hoge temperaturen.
Er zijn twee modellen om korrelgrensbreuk te verklaren: het korrelgrens glij- en spanningsconcentratiemodel en het vacuümaggregatiemodel.
Het plastische vervormingsmechanisme van metalen is gebaseerd op slip en twinning.
Het vervormingsmechanisme van metalen wordt voornamelijk aangedreven door dislocatiekruip, diffusiekruip en korrelgrenskruip.
Bij hoge temperaturen zorgt de verhoogde temperatuur voor thermische activering van atomen en vacatures, waardoor dislocaties kunnen bewegen en kruipvervorming blijven veroorzaken.
Onder invloed van een externe kracht wordt er een ongelijk spanningsveld gegenereerd in het kristal, wat leidt tot verschillen in potentiële energie tussen atomen en vacatures. Dit resulteert in gerichte diffusie van hoge potentiële energie naar lage potentiële energie.
Voor vaste materialen wordt de warmtecapaciteit niet significant beïnvloed door de structuur van het materiaal.
Bij een eerste-orde faseovergang verandert de warmtecapaciteitscurve abrupt en heeft deze een oneindige waarde.
Bij een tweede-orde fasetransformatie vindt de verandering geleidelijk plaats over een specifiek temperatuurbereik en resulteert in een eindige maximale warmtecapaciteit.
Amorfe materialen hebben een laag warmtegeleidingsvermogen omdat hun geordende structuur op korte afstand kan worden beschouwd als een kristal met extreem kleine korrels.
Door de kleine korrelgrootte en de vele korrelgrenzen worden fononen gemakkelijk verstrooid, wat leidt tot een aanzienlijk lagere warmtegeleiding.
Onder invloed van een magnetisch veld veroorzaakt de baanbeweging van elektronen in materie diamagnetisme.
Het bepalen van de maximale oplosbaarheidskromme in het fasediagram van een legering:
Door gebruik te maken van de regel dat eenfasige vaste oplossingen een hoger paramagnetisme vertonen dan tweefasige gemengde structuren en de lineaire relatie tussen het paramagnetisme van het mengsel en de samenstelling van de legering, kunnen de maximale oplosbaarheid van een legering bij een bepaalde temperatuur en de oplosbaarheidskromme van de legering worden bepaald.
Onderzoek naar de ontleding van Aluminiumlegeringen:
De orde-disorde overgang, isomerisme overgang en herkristallisatietemperatuur werden bestudeerd om de ontleding van aluminiumlegeringen beter te begrijpen.
Wil een metaal ferromagnetisme vertonen, dan is het niet alleen nodig dat de atomen ervan magnetische momenten hebben die niet gelijk zijn aan nul, maar ook dat deze momenten zich spontaan richten en spontane magnetisatie genereren.
Zachte magnetische materialen hebben een smalle hysteresislus en worden gekenmerkt door een hoog magnetisch geleidingsvermogen en een laag Hc. Harde magnetische materialen daarentegen hebben een dikke hysteresislus, hoge Hc, Br en (BH)m.
In een metaal is het elektrische veld dat door positieve ionen wordt gecreëerd uniform en is er geen interactie tussen de valentie-elektronen en ionen. Dit veld wordt beschouwd als een eigenschap van het hele metaal en maakt vrije beweging van elektronen door het metaal mogelijk.
Volgens de kwantumvrije elektronentheorie behouden de binnenste elektronen van elk atoom in het metaal de energietoestand van één atoom, terwijl de valentie-elektronen verschillende energietoestanden hebben als gevolg van kwantisatie en verschillende energieniveaus hebben.
De energiebandtheorie erkent ook dat de valentie-elektronen in metalen worden gedeeld en gekwantificeerd in energie, maar het suggereert dat het potentiële veld dat wordt gecreëerd door ionen in metalen niet uniform is, maar in plaats daarvan periodiek verandert.
De temperatuurstijging versterkt de iontrillingen en vergroot de amplitude van de thermische trillingen, wat leidt tot meer atomaire wanorde, minder elektronenbeweging en een grotere kans op verstrooiing. Deze factoren resulteren in een toename van de weerstand.
In halfgeleiders wordt geleiding voornamelijk aangedreven door elektronen en gaten. Een verhoging van de temperatuur verhoogt de kinetische energie van elektronen, wat leidt tot een verhoging van het aantal vrije elektronen en gaten in het kristal en dus tot een verhoging van de geleidbaarheid en een verlaging van de weerstand.
(1) Kritische overgangstemperatuur Tc
(2) Kritisch magnetisch veld Hc
(3) Kritische stroomdichtheid Jc
De verandering van microstructuur van metalen en legeringen wordt bestudeerd door de verandering van weerstand te meten.
(1) Meet de oplosbaarheidscurve van de vaste oplossing
(2) Meet de transformatietemperatuur in de legering met vormgeheugen.
Thermisch effect, lichtgevoelig effect, drukgevoelig effect (spanningsgevoelig en drukgevoelig), magnetisch gevoelig effect (Hall-effect en magnetoweerstandseffect), enz.
Elektrische afbraak, thermische afbraak en chemische afbraak.
Lineaire optische eigenschappen: Als licht van één frequentie op een transparant medium valt dat geen licht absorbeert, verandert de frequentie niet. Wanneer licht van verschillende frequenties tegelijkertijd op het medium valt, is er geen interactie tussen de lichtgolven en wordt er geen nieuwe frequentie geproduceerd.
Als twee lichtbundels elkaar kruisen, treedt er interferentie op als het coherent licht is. Als het incoherent licht is, zal alleen de intensiteit van het licht combineren, volgens het principe van lineaire superpositie.
Andere optische eigenschappen zijn breking, dispersie, reflectie, absorptie en verstrooiing.
Het is niet praktisch om metalen te gebruiken voor optica met zichtbaar licht omdat ze zichtbaar licht sterk absorberen. Dit komt omdat de valentie-elektronen in metalen een onvolledige band bezetten en zich na absorptie van fotonen in een aangeslagen toestand bevinden. Ze kunnen energie overdragen door botsingen en warmte produceren, maar gaan niet over naar de geleidingsband.
Het invallende licht is sterk;
Symmetrievereisten van kristallen;
Fase-aanpassing.
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