Остатъчното напрежение е често срещано явление в материалите, което съществува в материала без влиянието на външни сили. Може да се генерира по време на различни производствени процеси като леене, коване, заваряване и машинна обработка. Тестът за твърдост по Бринел е широко използван метод за измерване на твърдостта на материали, предоставящ важна информация за механичните свойства на материала. Като доставчик на тестери за твърдост по Бринел, разбирането на влиянието на остатъчното напрежение върху резултата от теста за твърдост по Бринел е от решаващо значение както за нас, така и за нашите клиенти.
Разбиране на остатъчния стрес
Остатъчното напрежение може да се класифицира в два основни вида: макроскопично остатъчно напрежение и микроскопично остатъчно напрежение. Макроскопичното остатъчно напрежение действа в сравнително голям мащаб в материала, често причинено от неравномерна пластична деформация по време на производството. Например, в процеса на коване, външният слой на детайла може да се охлади по-бързо от вътрешния слой, което води до различни степени на свиване и по този начин генерира макроскопично остатъчно напрежение.
Микроскопичното остатъчно напрежение, от друга страна, възниква на ниво зърно или между различни фази в многофазен материал. Това може да се дължи на несъответствие на решетката между различни кристални структури или наличие на примеси. Тези остатъчни напрежения могат да окажат значително влияние върху механичното поведение на материала, включително неговия отговор на теста за твърдост по Бринел.
Тест за твърдост по Бринел
Тестът за твърдост по Бринел включва натискане на твърд сферичен индентор (обикновено направен от волфрамов карбид или стомана) в повърхността на материала под специфично натоварване за определен период от време. След отстраняване на товара се измерва диаметърът на вдлъбнатината. След това числото на твърдостта по Бринел (BHN) се изчислява по формулата:
[BHN=\frac{2F}{\pi D(D - \sqrt{D^{2}-d^{2}})}]
където (F) е приложеното натоварване, (D) е диаметърът на индентора и (d) е диаметърът на вдлъбнатината.
Като доставчик ние предлагаме разнообразие от тестери за твърдост по Бринел, включителноМашина за тестване на твърдост по Бринел,Тестер за твърдост по Бринел с малък товар, иАвтоматичен тестер за твърдост по Бринел. Тези тестери са предназначени да осигурят точни и надеждни измервания на твърдостта за различни видове материали и приложения.
Влияние на остатъчното напрежение върху резултата от теста за твърдост по Бринел
1. Остатъчно напрежение при натиск
Когато даден материал има остатъчно напрежение при натиск върху повърхността си, той може да устои на проникването на индентора по време на теста за твърдост по Бринел. Остатъчното напрежение при натиск ефективно повишава устойчивостта на материала към пластична деформация. В резултат на това диаметърът на вдлъбнатината ще бъде по-малък от този на материал без напрежение при същите условия на изпитване. Според формулата за твърдост по Бринел, по-малък диаметър на вдлъбнатината води до по-високо число на твърдост по Бринел.
Например, в случай, когато стоманен компонент е подложен на нагнетяване, за да се въведе остатъчно напрежение при натиск върху повърхността му, измерената твърдост по Бринел в зоната на пробиване ще бъде по-висока в сравнение с зоната без пробиване. Това увеличение на твърдостта може да се тълкува погрешно като действително подобрение в обемната твърдост на материала, ако не се вземе предвид наличието на остатъчно напрежение.
2. Остатъчно напрежение на опън
Остатъчното напрежение на опън има обратен ефект. Той насърчава пластичната деформация по време на теста за твърдост по Бринел. Когато инденторът се притисне в материала, съществуващото напрежение на опън се комбинира с напрежението, генерирано от индентора, което улеснява пластичното деформиране на материала. Това води до по-голям диаметър на вдлъбнатината и по-ниска твърдост по Бринел.
В заварена конструкция, например, може да има остатъчно напрежение на опън в близост до заваръчната зона. Ако в тази зона се проведе тест за твърдост по Бринел, измерената твърдост може да е по-ниска от действителната обемна твърдост на основния материал, създавайки погрешно впечатление за по-мек материал.
3. Неравномерно разпределение на остатъчното напрежение
В много реални ситуации разпределението на остатъчното напрежение в даден материал е неравномерно. Тази нееднородност може да причини значителни вариации в резултатите от теста за твърдост по Бринел в различни места на повърхността на материала.
Помислете за кована част със сложна форма. Разпределението на остатъчното напрежение може да варира от външната повърхност до вътрешните области и от единия край на детайла до другия. Когато извършвате множество тестове за твърдост по Бринел на различни места, измерените стойности на твърдостта могат да варират значително. Тези колебания не се дължат непременно на вариации в обемните свойства на материала, а по-скоро на неравномерното разпределение на остатъчното напрежение.
Последици за изпитване на материали и контрол на качеството
Влиянието на остатъчното напрежение върху резултатите от теста за твърдост по Бринел има важно значение за изпитването на материала и контрола на качеството. Ако не се вземе предвид остатъчното напрежение, неточните измервания на твърдостта могат да доведат до неправилни оценки на свойствата на материала. Това може да доведе до грешен избор на материал за конкретно приложение или до препоръчване на неправилни процеси на топлинна обработка.
Например в космическата индустрия, където се изискват високопрецизни и надеждни материали, неточното измерване на твърдостта поради остатъчно напрежение може да компрометира безопасността и работата на компонентите на самолета. Ето защо е от съществено значение нашите клиенти да са наясно с потенциалното въздействие на остатъчното напрежение, когато използват нашите устройства за измерване на твърдост по Бринел.
Намаляване на ефекта от остатъчния стрес
За да се получат по-точни резултати от теста за твърдост по Бринел, могат да се използват няколко метода за смекчаване на ефекта от остатъчното напрежение. Един подход е да се облекчи остатъчното напрежение чрез процеси на термична обработка, като отгряване. Отгряването позволява на материала да достигне по-стабилно състояние чрез намаляване на вътрешните нива на напрежение.
Друг метод е да се извършат множество тестове на различни места на повърхността на материала и след това да се анализират статистически данните. Чрез вземане на средна стойност от множество измервания влиянието на локалните вариации на остатъчното напрежение може да бъде сведено до минимум. Освен това могат да се използват техники за безразрушителен тест, като рентгенова дифракция, за измерване на разпределението на остатъчното напрежение преди провеждане на теста за твърдост по Бринел. След това тази информация може да се използва за коригиране на измерванията на твърдостта.
Заключение
Като доставчик на устройства за измерване на твърдост по Бринел, ние разбираме значението на предоставянето на точни и надеждни решения за измерване на твърдостта. Влиянието на остатъчното напрежение върху резултатите от теста за твърдост по Бринел е сложен, но важен фактор, който трябва да се вземе предвид при тестването на материала и контрола на качеството. Остатъчното напрежение при натиск може да увеличи измерената твърдост, докато остатъчното напрежение при опън може да я намали, а неравномерното разпределение на напрежението може да причини колебания в резултатите от теста.
Като са наясно с тези ефекти, нашите клиенти могат да предприемат подходящи мерки за смекчаване на влиянието на остатъчното напрежение и да получат по-точни измервания на твърдостта. Насърчаваме нашите клиенти да се свържат с нас за повече информация как да използват нашитеМашина за тестване на твърдост по Бринел,Тестер за твърдост по Бринел с малък товар, иАвтоматичен тестер за твърдост по Бринелефективно при наличие на остатъчен стрес. Ако имате някакви въпроси или се интересувате от закупуването на нашите продукти за вашите нужди от тестване на материали, не се колебайте да се свържете с нас за допълнителни дискусии и преговори.
Референции
- ASTM E10 - 18, Стандартен метод за изпитване на твърдост по Бринел на метални материали.
- Наръчник на ASM, том 8: Механични тестове и оценка.
- Macherauch, E. Анализ на остатъчното напрежение чрез рентгенова дифракция. Спрингър, 1976 г.