धातु सामग्री के यांत्रिक गुणों का सारांश

तन्य शक्ति परीक्षण का उपयोग मुख्य रूप से धातु सामग्री की खिंचाव प्रक्रिया के दौरान क्षति का प्रतिरोध करने की क्षमता निर्धारित करने के लिए किया जाता है, और यह सामग्री के यांत्रिक गुणों के मूल्यांकन के लिए महत्वपूर्ण संकेतकों में से एक है।

1. तन्यता परीक्षण

तन्यता परीक्षण सामग्री यांत्रिकी के मूल सिद्धांतों पर आधारित है। कुछ शर्तों के तहत सामग्री के नमूने पर तन्यता भार लागू करके, यह नमूना टूटने तक तन्यता विरूपण का कारण बनता है। परीक्षण के दौरान, विभिन्न भारों के तहत प्रायोगिक नमूने का विरूपण और नमूना टूटने पर अधिकतम भार दर्ज किया जाता है, ताकि सामग्री की उपज शक्ति, तन्य शक्ति और अन्य प्रदर्शन संकेतकों की गणना की जा सके।

प्रतिबल σ = F/A

σ तन्य शक्ति (एमपीए) है

F तन्य भार (N) है

A नमूने का अनुप्रस्थ काट क्षेत्र है

2. तन्य वक्र

स्ट्रेचिंग प्रक्रिया के कई चरणों का विश्लेषण:

a. छोटे भार के साथ ओपी चरण में, बढ़ाव भार के साथ रैखिक संबंध में होता है, और एफपी सीधी रेखा बनाए रखने के लिए अधिकतम भार है।

बी. लोड के Fp से अधिक हो जाने के बाद, तन्य वक्र एक गैर-रैखिक संबंध लेना शुरू कर देता है। नमूना प्रारंभिक विरूपण चरण में प्रवेश करता है, और लोड हटा दिया जाता है, और नमूना अपनी मूल स्थिति में वापस आ सकता है और लोचदार रूप से विकृत हो सकता है।

सी. भार Fe से अधिक हो जाने पर, भार हटा दिया जाता है, विरूपण का कुछ भाग पुनः स्थापित हो जाता है, तथा अवशिष्ट विरूपण का कुछ भाग बरकरार रहता है, जिसे प्लास्टिक विरूपण कहते हैं। Fe को प्रत्यास्थ सीमा कहते हैं।

d. जब भार और बढ़ता है, तो तन्य वक्र आरी जैसा दिखाई देता है। जब भार बढ़ता या घटता नहीं है, तो प्रायोगिक नमूने के निरंतर विस्तार की घटना को उपज कहा जाता है। उपज के बाद, नमूना स्पष्ट प्लास्टिक विरूपण से गुजरना शुरू कर देता है।

ई. उपज के बाद, नमूना विरूपण प्रतिरोध, कार्य कठोरता और विरूपण सुदृढ़ीकरण में वृद्धि दर्शाता है। जब लोड Fb तक पहुँचता है, तो नमूने का वही हिस्सा तेजी से सिकुड़ता है। Fb ताकत की सीमा है।

एफ. सिकुड़न की घटना से नमूने की वहन क्षमता में कमी आती है। जब भार Fk तक पहुँच जाता है, तो नमूना टूट जाता है। इसे फ्रैक्चर लोड कहा जाता है।

नम्य होने की क्षमता

उपज शक्ति वह अधिकतम तनाव मान है जिसे धातु सामग्री बाहरी बल के अधीन होने पर प्लास्टिक विरूपण की शुरुआत से लेकर पूर्ण फ्रैक्चर तक झेल सकती है। यह मान उस महत्वपूर्ण बिंदु को चिह्नित करता है जहाँ सामग्री लोचदार विरूपण चरण से प्लास्टिक विरूपण चरण में संक्रमण करती है।

वर्गीकरण

ऊपरी पराभव सामर्थ्य: पराभव होने पर बल के पहली बार कम होने से पहले नमूने के अधिकतम प्रतिबल को संदर्भित करता है।

कम उपज शक्ति: उपज चरण में न्यूनतम तनाव को संदर्भित करता है जब प्रारंभिक क्षणिक प्रभाव को नजरअंदाज कर दिया जाता है। चूंकि कम उपज बिंदु का मूल्य अपेक्षाकृत स्थिर है, इसलिए इसे आमतौर पर सामग्री प्रतिरोध के संकेतक के रूप में उपयोग किया जाता है, जिसे उपज बिंदु या उपज शक्ति कहा जाता है।

गणना सूत्र

ऊपरी उपज शक्ति के लिए: R = F / Sₒ, जहां F उपज चरण में पहली बार बल गिरने से पहले अधिकतम बल है, और Sₒ नमूने का मूल अनुप्रस्थ काट क्षेत्र है।

कम उपज शक्ति के लिए: R = F / Sₒ, जहां F प्रारंभिक क्षणिक प्रभाव को नजरअंदाज करते हुए न्यूनतम बल F है, और Sₒ नमूने का मूल अनुप्रस्थ काट क्षेत्र है।

इकाई

उपज सामर्थ्य की इकाई आमतौर पर एमपीए (मेगापास्कल) या एन/एमएम² (न्यूटन प्रति वर्ग मिलीमीटर) होती है।

उदाहरण

उदाहरण के लिए लो कार्बन स्टील को लें, इसकी उपज सीमा आमतौर पर 207MPa होती है। जब इस सीमा से अधिक बाहरी बल के अधीन किया जाता है, तो लो कार्बन स्टील स्थायी विरूपण पैदा करेगा और इसे बहाल नहीं किया जा सकता है; जब इस सीमा से कम बाहरी बल के अधीन किया जाता है, तो लो कार्बन स्टील अपनी मूल स्थिति में वापस आ सकता है।

धातु सामग्री के यांत्रिक गुणों के मूल्यांकन के लिए उपज शक्ति महत्वपूर्ण संकेतकों में से एक है। यह बाहरी बलों के अधीन होने पर प्लास्टिक विरूपण का विरोध करने की सामग्री की क्षमता को दर्शाता है।

तन्यता ताकत

तन्य शक्ति एक सामग्री की तन्य भार के तहत क्षति का प्रतिरोध करने की क्षमता है, जिसे विशेष रूप से अधिकतम तनाव मूल्य के रूप में व्यक्त किया जाता है जिसे सामग्री तन्य प्रक्रिया के दौरान झेल सकती है। जब सामग्री पर तन्य तनाव उसकी तन्य शक्ति से अधिक हो जाता है, तो सामग्री प्लास्टिक विरूपण या फ्रैक्चर से गुज़रेगी।

गणना सूत्र

तन्य शक्ति (σt) की गणना का सूत्र है:

σt = एफ / ए

जहाँ F वह अधिकतम तन्य बल (न्यूटन, N) है जिसे नमूना टूटने से पहले झेल सकता है, तथा A नमूने का मूल अनुप्रस्थ काट क्षेत्रफल (वर्ग मिलीमीटर, mm²) है।

इकाई

तन्य शक्ति की इकाई आमतौर पर MPa (मेगापास्कल) या N/mm² (न्यूटन प्रति वर्ग मिलीमीटर) होती है। 1 MPa 1,000,000 न्यूटन प्रति वर्ग मीटर के बराबर है, जो 1 N/mm² के बराबर भी है।

प्रभावित करने वाले कारक

तन्य शक्ति कई कारकों से प्रभावित होती है, जिसमें रासायनिक संरचना, सूक्ष्म संरचना, ताप उपचार प्रक्रिया, प्रसंस्करण विधि आदि शामिल हैं। विभिन्न सामग्रियों की तन्य शक्ति अलग-अलग होती है, इसलिए व्यावहारिक अनुप्रयोगों में, सामग्रियों के यांत्रिक गुणों के आधार पर उपयुक्त सामग्रियों का चयन करना आवश्यक है।

व्यावहारिक अनुप्रयोग

तन्य शक्ति सामग्री विज्ञान और इंजीनियरिंग के क्षेत्र में एक बहुत ही महत्वपूर्ण पैरामीटर है, और अक्सर सामग्री के यांत्रिक गुणों का मूल्यांकन करने के लिए उपयोग किया जाता है। संरचनात्मक डिजाइन, सामग्री चयन, सुरक्षा मूल्यांकन आदि के संदर्भ में, तन्य शक्ति एक ऐसा कारक है जिस पर विचार किया जाना चाहिए। उदाहरण के लिए, निर्माण इंजीनियरिंग में, स्टील की तन्य शक्ति यह निर्धारित करने में एक महत्वपूर्ण कारक है कि क्या यह भार का सामना कर सकता है; एयरोस्पेस के क्षेत्र में, हल्के और उच्च शक्ति वाली सामग्रियों की तन्य शक्ति विमान की सुरक्षा सुनिश्चित करने की कुंजी है।

थकान शक्ति:

धातु थकान उस प्रक्रिया को संदर्भित करती है जिसमें सामग्री और घटक चक्रीय तनाव या चक्रीय तनाव के तहत एक या कई स्थानों पर धीरे-धीरे स्थानीय स्थायी संचयी क्षति उत्पन्न करते हैं, और एक निश्चित संख्या में चक्रों के बाद दरारें या अचानक पूर्ण फ्रैक्चर होते हैं।

विशेषताएँ

समय में अचानकता: धातु थकान विफलता अक्सर स्पष्ट संकेत के बिना, थोड़े समय में अचानक होती है।

स्थिति में स्थानीयता: थकान विफलता आमतौर पर स्थानीय क्षेत्रों में होती है जहां तनाव केंद्रित होता है।

पर्यावरण और दोषों के प्रति संवेदनशीलता: धातु थकान पर्यावरण और सामग्री के अंदर मौजूद सूक्ष्म दोषों के प्रति बहुत संवेदनशील होती है, जो थकान प्रक्रिया को तेज कर सकती है।

प्रभावित करने वाले कारक

प्रतिबल आयाम: प्रतिबल का परिमाण सीधे धातु के थकान जीवन को प्रभावित करता है।

औसत प्रतिबल परिमाण: औसत प्रतिबल जितना अधिक होगा, धातु का थकान जीवन उतना ही छोटा होगा।

चक्रों की संख्या: धातु जितनी अधिक बार चक्रीय तनाव या खिंचाव के अधीन होती है, थकान क्षति का संचय उतना ही अधिक गंभीर होता है।

निवारक उपाय

सामग्री का चयन अनुकूलित करें: उच्च थकान सीमा वाली सामग्री का चयन करें।

तनाव सांद्रता को कम करना: संरचनात्मक डिजाइन या प्रसंस्करण विधियों के माध्यम से तनाव सांद्रता को कम करें, जैसे गोलाकार कोने वाले संक्रमणों का उपयोग करना, अनुप्रस्थ काट के आयामों को बढ़ाना आदि।

सतह उपचार: सतह के दोषों को कम करने और थकान शक्ति में सुधार करने के लिए धातु की सतह पर पॉलिशिंग, छिड़काव आदि।

निरीक्षण और रखरखाव: दरारें जैसे दोषों का तुरंत पता लगाने और उनकी मरम्मत करने के लिए धातु के घटकों का नियमित रूप से निरीक्षण करें; थकान से ग्रस्त भागों का रखरखाव करें, जैसे कि घिसे हुए भागों को बदलना और कमजोर भागों को मजबूत करना।

धातु थकान एक सामान्य धातु विफलता मोड है, जो अचानकता, स्थानीयता और पर्यावरण के प्रति संवेदनशीलता की विशेषता है। तनाव आयाम, औसत तनाव परिमाण और चक्रों की संख्या धातु थकान को प्रभावित करने वाले मुख्य कारक हैं।

एसएन वक्र: विभिन्न तनाव स्तरों के तहत सामग्रियों के थकान जीवन का वर्णन करता है, जहां एस तनाव का प्रतिनिधित्व करता है और एन तनाव चक्रों की संख्या का प्रतिनिधित्व करता है।

थकान शक्ति गुणांक सूत्र:

(केएफ = का \cdot Kb \cdot Kc \cdot Kd \cdot Ke)

जहाँ (Ka) लोड कारक है, (Kb) आकार कारक है, (Kc) तापमान कारक है, (Kd) सतह गुणवत्ता कारक है, और (Ke) विश्वसनीयता कारक है।

एसएन वक्र गणितीय अभिव्यक्ति:

(\सिग्मा^एम एन = सी)

जहाँ (\sigma) प्रतिबल है, N प्रतिबल चक्रों की संख्या है, तथा m और C पदार्थ स्थिरांक हैं।

गणना चरण

सामग्री स्थिरांक निर्धारित करें:

प्रयोगों के माध्यम से या प्रासंगिक साहित्य का संदर्भ लेकर m और C के मान निर्धारित करें।

तनाव सांद्रता कारक का निर्धारण करें: भाग के वास्तविक आकार और माप पर विचार करें, साथ ही फिलेट्स, कीवेज़ आदि के कारण होने वाले तनाव सांद्रता पर विचार करें, ताकि तनाव सांद्रता कारक K का निर्धारण किया जा सके। थकान शक्ति की गणना करें: एसएन वक्र और तनाव सांद्रता कारक के अनुसार, भाग के डिजाइन जीवन और कार्य तनाव स्तर के साथ संयुक्त, थकान शक्ति की गणना करें।

2. प्लास्टिसिटी:

प्लास्टिसिटी किसी पदार्थ के उस गुण को कहते हैं जो बाहरी बल के अधीन होने पर, बिना टूटे स्थायी विरूपण उत्पन्न करता है, जब बाहरी बल इसकी लोचदार सीमा से अधिक हो जाता है। यह विरूपण अपरिवर्तनीय है, और बाहरी बल हटा दिए जाने पर भी पदार्थ अपने मूल आकार में वापस नहीं आएगा।

प्लास्टिसिटी इंडेक्स और इसकी गणना सूत्र

बढ़ाव (δ)

परिभाषा: बढ़ाव, नमूने के मूल गेज लंबाई तक तन्य विखंडन के बाद गेज अनुभाग के कुल विरूपण का प्रतिशत है।

सूत्र: δ = (L1 – L0) / L0 × 100%

जहाँ L0 नमूने की मूल गेज लंबाई है;

L1 नमूना टूटने के बाद की गेज लंबाई है।

खंडीय कमी (Ψ)

परिभाषा: खंडीय कमी, नमूने के मूल अनुप्रस्थ काट क्षेत्र में टूटने के बाद गर्दन बिंदु पर अनुप्रस्थ काट क्षेत्र में अधिकतम कमी का प्रतिशत है।

सूत्र: Ψ = (F0 - F1) / F0 × 100%

जहाँ F0 नमूने का मूल अनुप्रस्थ काट क्षेत्र है;

F1 नमूना टूटने के बाद गर्दन बिंदु पर अनुप्रस्थ काट का क्षेत्रफल है।

3. कठोरता

धातु कठोरता धातु सामग्री की कठोरता को मापने के लिए एक यांत्रिक गुण सूचकांक है। यह धातु की सतह पर स्थानीय आयतन में विरूपण का विरोध करने की क्षमता को इंगित करता है।

धातु कठोरता का वर्गीकरण और प्रतिनिधित्व

विभिन्न परीक्षण विधियों के अनुसार धातु कठोरता के वर्गीकरण और प्रतिनिधित्व के कई तरीके हैं। इनमें मुख्य रूप से निम्नलिखित शामिल हैं:

ब्रिनेल कठोरता (एचबी):

अनुप्रयोग का दायरा: आम तौर पर इसका उपयोग तब किया जाता है जब सामग्री नरम होती है, जैसे कि अलौह धातुएं, स्टील, ऊष्मा उपचार से पहले या तापानुशीतन के बाद।

परीक्षण सिद्धांत: परीक्षण भार के एक निश्चित आकार के साथ, एक निश्चित व्यास की कठोर स्टील की गेंद या कार्बाइड की गेंद को परीक्षण की जाने वाली धातु की सतह में दबाया जाता है, और एक निर्दिष्ट समय के बाद भार को उतार दिया जाता है, और परीक्षण की जाने वाली सतह पर इंडेंटेशन का व्यास मापा जाता है।

गणना सूत्र: ब्रिनेल कठोरता मान भार को इंडेंटेशन के गोलाकार सतह क्षेत्र से विभाजित करके प्राप्त भागफल है।

रॉकवेल कठोरता (एचआर):

अनुप्रयोग का दायरा: आमतौर पर उच्च कठोरता वाली सामग्रियों के लिए उपयोग किया जाता है, जैसे कि गर्मी उपचार के बाद कठोरता।

परीक्षण सिद्धांत: ब्रिनेल कठोरता के समान, लेकिन अलग जांच (हीरा) और विभिन्न गणना विधियों का उपयोग करके।

प्रकार: अनुप्रयोग के आधार पर, एचआरसी (उच्च कठोरता सामग्री के लिए), एचआरए, एचआरबी और अन्य प्रकार हैं।

विकर्स कठोरता (HV):

अनुप्रयोग का दायरा: माइक्रोस्कोप विश्लेषण के लिए उपयुक्त।

परीक्षण सिद्धांत: सामग्री की सतह को 120 किलोग्राम से कम भार और 136 डिग्री के शीर्ष कोण के साथ एक हीरे के वर्ग शंकु इंडेंटर के साथ दबाएं, और विकर्स कठोरता मूल्य प्राप्त करने के लिए सामग्री इंडेंटेशन पिट के सतह क्षेत्र को लोड मूल्य से विभाजित करें।

लीब कठोरता (एचएल):

विशेषताएं: पोर्टेबल कठोरता परीक्षक, मापने में आसान।

परीक्षण सिद्धांत: कठोरता सतह पर प्रभाव के बाद प्रभाव गेंद सिर द्वारा उत्पन्न उछाल का उपयोग करें, और नमूना सतह से 1 मिमी पर पंच की पलटाव गति और प्रभाव गति के अनुपात से कठोरता की गणना करें।