Alle 14 mechanischen Eigenschaften von Materialien mit Beispielen

Was sind die mechanischen Eigenschaften von Materialien?

Die mechanischen Eigenschaften von Materialien Definieren Sie das Verhalten von Materialien unter Einwirkung äußerer Kräfte, sogenannter Lasten. Sie sind ein Maß für die Festigkeit und Dauerhaftigkeit eines Werkstoffs im Einsatz und von großer Bedeutung bei der Konstruktion von Werkzeugen, Maschinen und Konstruktionen.

Mechanische Eigenschaften sind strukturempfindlich in dem Sinne, dass sie von der Kristallstruktur und ihrem Bindungsprozess und insbesondere von der Art und dem Verhalten der Fehlstellen abhängen, die innerhalb des Kristalls selbst oder an den Korngrenzen vorhanden sind.

Die wichtigsten und nützlichsten Mechanischen Eigenschaften von Materialien werden nachstehend kurz erläutert, um sicherzustellen, dass die Leser schnell und klug das richtige Material für ein bestimmtes Design auswählen können.

1. Stärke

Die Stärke eines Werkstoffes ist seine Prüfbarkeit und Zerstörung unter Einwirkung äußerer Belastungen. Der stärkere das Material destogrößer die Ladung es kann standhalten. Sie bestimmt also die Fähigkeit eines Materials, der Beanspruchung ohne Versagen standzuhalten. Da die Stärke je nach Art der Belastung variiert. Es ist möglich, Zug-, Druck-, Scher- oder Torsionsfestigkeiten aufzuheben.

Die maximale Belastung, der ein Material bis zur Zerstörung standhält, wird als seine ultimative Festigkeit bezeichnet . Die Tendenz eines Materials ist seine ultimative Spannungsfestigkeit.

2. Elastizität

Elastizität ist die mechanische Eigenschaft von Materialien, aufgrund derer Verformung durch aufgebrachte Belastung verschwindet bei Entlastung . Mit anderen Worten, die Elastizität eines Materials ist seine Fähigkeit, nach einer Verformung in seine ursprüngliche Position zurückzukehren, wenn die Spannung oder Belastung entfernt wird. Elastizität ist eine Zugfestigkeitseigenschaft des Materials.

• Proportionalgrenze :- Es ist die maximale Spannung, unter der ein Material eine vollkommen gleichmäßige Belastungsrate beibehält. Obwohl dieser Wert schwer zu messen ist, wird er in wichtigen Anwendungen wie Präzisionsinstrumenten, Federn usw. verwendet.
• Elastizitätsgrenze :- Die meisten Materialien können leicht über der Proportionalitätsgrenze belastet werden, ohne dass es zu bleibenden Verformungen kommt. Die größte Belastung, der ein Material standhalten kann, ohne eine bleibende Verformung aufzunehmen, wird als Elastizitätsgrenze bezeichnet . Jenseits der Elastizitätsgrenze geht daher das Material in seine ursprüngliche Form zurück und es tritt eine dauerhafte Veränderung auf.
• Streckgrenze :- Ab einer bestimmten Beanspruchung bieten insbesondere duktile Werkstoffe keinen Widerstand mehr gegen Zugkräfte, d.h. sie fließen und es findet eine relativ große bleibende Änderung ohne merkliche Belastungserhöhung statt. Dieser Punkt wird als Streckgrenze bezeichnet Einige Materialien weisen eine bestimmte Streckgrenze auf , in diesem Fall ist die Streckgrenze oder Streckgrenze einfach die Spannung an diesem Punkt. Baustahl ist ein Beispiel dafür.
• Beweisdruck :- Die meisten duktilen Materialien weisen eine progressive Streckgrenze und ein weiteres Maß für die Streckgrenze auf, die üblicherweise als Dehngrenze bekannt ist. Dehngrenze ist definiert als die Menge an Spannung, der ein Material standhalten kann, ohne mehr als eine kleine Menge an Verformung zu nehmen, wobei ein übliches Maß 0,1 oder 0,2 % ist der ursprünglichen Messlänge .

3. Steifigkeit

Der Widerstand eines Materials gegen elastische Verformung oder Durchbiegung wird als Steifigkeit bezeichnet oder Steifigkeit . Ein Material, das sich unter Belastung leicht verformt, weist eine hohe Steifheit bzw. Starrheit auf. Beispielsweise können abgehängte Träger aus Stahl und Aluminium stark genug sein, um die erforderliche Last zu tragen, aber das Aluminium wird „durchhängen “ oder ablenken des Weiteren. Mit anderen Worten, der Stahlträger ist steifer oder steifer als Aluminiumträger.

Wenn das Material dem Hook’schen Gesetz folgt d.h. eine lineare Spannungs-Dehnungs-Beziehung hat, wird seine Steifigkeit durch den E-Modul E gemessen . Je höher der Wert des Elastizitätsmoduls, desto steifer ist das Material.

Bei Zug- und Druckbeanspruchung spricht man von Steifigkeitsmodul oder „Elastizitätsmodul ”; bei Scherung der Steifigkeitsmodul , und dies ist normalerweise 40 % des Werts des Elastizitätsmoduls für häufig verwendete Materialien; bei volumetrischer Verformung der Bulk-Modulus.

Der Begriff Flexibilität wird manchmal als Gegenteil von Steifheit verwendet. Flexibilität hat jedoch normalerweise mit Biegung oder Biegung zu tun. Es kann auch die Verwendung von Biegungen im plastischen Bereich beinhalten.

4. Plastizität

Die Plastizität eines Materials ist seine Fähigkeit, sich einem gewissen Grad dauerhafter Verformung zu unterziehen ohne Ausfallbruch. Erst nach Überschreiten des elastischen Bereichs findet eine plastische Verformung statt.

Plastizität ist wichtig beim Formen, Formen, Extrudieren und vielen anderen Heiß- oder Kaltbearbeitungsprozessen. Materialien wie Ton, Blei. usw. sind bei Raumtemperatur plastisch und der Stahl ist bei starker Hitze plastisch. Im Allgemeinen nimmt die Plastizität mit steigender Temperatur zu.

5. Duktilität

Dehnbarkeit ist eine der mechanischen Eigenschaften eines Materials, die es ihm ermöglichen, sich zu einem dünnen Draht auszuziehen . Baustahl ist ein duktiles Material. Die prozentuale Dehnung und die Verringerung der Spannungsfläche wird oft als empirisches Maß für die Duktilität verwendet.

6. Formbarkeit (Mechanische Eigenschaften von Materialien)

Formbarkeit eines Materials ist seine Fähigkeit, durch Warm- oder Kaltumformung ohne Rissbildung zu dünnen Blechen abgeflacht zu werden. Aluminium, Kupfer, Zinn, Blei, Stahl usw. sind schmiedbare Metalle.

Es ist wichtig zu beachten, dass einige Materialien formbar und duktil sein können. Führung kann beispielsweise leicht zu dünnen Blechen gewalzt und gehämmert, aber nicht zu Draht gezogen werden. Obwohl Duktilität und Formbarkeit häufig synonym verwendet werden, wird Duktilität als Zugqualität angesehen, während die Formbarkeit als Druckqualität betrachtet wird.

Die Wörter Duktilität und Formbarkeit machen es fast gleichbedeutend mit Verarbeitbarkeit oder Formbarkeit was eindeutig mit plastischer Verformung zusammenhängt.

7. Belastbarkeit

Belastbarkeit ist eine mechanische Eigenschaft von Materialien die die Kapazität hat eines Materials, um Energieverluste zu absorbieren beim Entfernen der Last. Die gespeicherte Energie wird genau so in einem String ausgegeben, wenn die Last entfernt wird.

Die maximale Energie die in einem Körper gespeichert werden kann, wird als Nachgiebigkeitsnachweis bezeichnet , und die Nachgiebigkeit pro Volumeneinheit wird Resilienzmodul genannt . Mit anderen Worten, der Elastizitätsmodul ist definiert als die Energiemenge, die erforderlich ist, um eine Volumeneinheit eines Materials bis zu seiner proportionalen Grenze zu belasten. Die Menge gibt die Fähigkeit des Materials an, Stöße und Vibrationen zu tragen.

8. Zähigkeit

Die Zähigkeit ist ein Maß für die Energiemenge, die ein Material aufnehmen kann, bevor ein Bruch oder Versagen eintritt. Wenn beispielsweise eine Last plötzlich auf ein Stück Weichstahl und dann auf ein Stück Glas ausgeübt wird, absorbiert der Weichstahl viel mehr Energie, bevor es zu einem Bruch kommt. So soll ein weicher Stahl viel zäher sein als ein Glas.

Die Zähigkeit eines Materials ist seine Fähigkeit, sowohl plastischen als auch elastischen Verformungen standzuhalten. Es ist daher eine äußerst wünschenswerte Eigenschaft für Konstruktions- und Maschinenteile, die Schock und Vibration aushalten müssen. Manganstahl, Schmiedeeisen, Baustahl usw. sind zähe Materialien.

Die Arbeit oder Energie, die ein Material absorbiert, wird manchmal als Zähigkeitsmodul bezeichnet. Zähigkeit steht im Zusammenhang mit Schlagzähigkeit, dh Widerstandsfähigkeit gegen Soch-Belastung.

9. Härte (Mechanische Eigenschaften von Materialien)

Härte ist eine grundlegende Eigenschaft, die eng mit der Festigkeit zusammenhängt. Härte wird normalerweise als die Fähigkeit eines Materials definiert, Kratzern, Abrieb, Schnitten, Einkerbungen oder Durchdringungen zu widerstehen. Es ist wichtig zu beachten, dass die Härte eines Metalls nicht direkt mit der Härtbarkeit des Metalls zusammenhängt.

Heutzutage werden viele Verfahren zur Bestimmung der Materialhärte verwendet. Sie sind Brinell, Rockwell und Vickers .

10. Härtbarkeit

Härtbarkeit gibt den Härtegrad an die Metall, insbesondere Stahl, durch den Prozess des Härtens verliehen werden kann. Es bestimmt die Tiefe und Verteilung der durch Abschrecken induzierten Härte . Die Härtbarkeit eines Metalls wird durch einen Jominy-Test bestimmt um zu bestimmen, wie gut ein Metall von der Mitte des Metalls bis zur Grenzfläche des Metalls härtet. Der Jominy-Test (ISO 642:1999) beinhaltet das Erhitzen eines Teststücks aus dem Stahl (25 mm Durchmesser und 100 mm lang) zum Austenitisieren Temperatur und Abschrecken von einem Ende mit einem kontrollierten und standardisierten Wasserstrahl. Einem Metall, das in seiner gesamten Struktur gehärtet werden kann, wird eine höhere Härtbarkeit nachgesagt.

11. Sprödigkeit (Mechanische Eigenschaften von Materialien)

Die Sprödigkeit eines Materials ist die Eigenschaft, ohne große bleibende Verformung zu brechen. Es gibt viele Materialien, die brechen oder versagen, bevor eine große Verformung stattfindet.

Solche Materialien sind spröde, z. B. Glas, Gusseisen. Daher wird ein nicht duktiles Material als sprödes Material bezeichnet.

Üblicherweise beträgt die Zugfestigkeit spröder Materialien nur einen Bruchteil ihrer Gesamtfestigkeit.

12. Bearbeitbarkeit

Bearbeitbarkeit ist keine intrinsische mechanische Eigenschaft von Materialien, sondern das Ergebnis einer komplexen Wechselwirkung zwischen dem Werkstück und verschiedenen Schneidvorrichtungen, die mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten unter unterschiedlichen Schmierbedingungen betrieben werden. Als Ergebnis wird die Bearbeitbarkeit empirisch gemessen, wobei das Ergebnis nur unter ähnlichen Bedingungen anwendbar ist.

Einfach ausgedrückt ist es jedoch die Leichtigkeit, mit der ein Metall in verschiedenen Bearbeitungsvorgängen entfernt werden kann. Eine gute Bearbeitbarkeit impliziert zufriedenstellende Ergebnisse bei der Bearbeitung.

Die Bearbeitbarkeit von Metall wird in Prozent angegeben, was der Bearbeitbarkeitsindex ist . Alle Maschinenmetalle werden mit einem Grundstandard verglichen. Das Standardmetall für eine 100-prozentige Bearbeitbarkeit ist Automatenstahl. Bearbeitbarkeitsindex von Kohlenstoffstählen reichen im Allgemeinen von 40 bis 60 Prozent und von Gusseisen von 50 bis 80 Prozent.

13. Kriechen

Kriechen ist die mechanische Eigenschaft von Materialien. Die langsame und fortschreitende Verformung eines Materials mit der Zeit bei konstanter Belastung wird als Kriechen bezeichnet . Die einfachste Art der Kriechverformung ist viskoses Fließen .

Je nach Temperatur können Spannungen sogar unterhalb der Elastizitätsgrenze auftreten und bleibende Verformungen verursachen. Sie wird allgemein als eine zeitabhängige Dehnung definiert, die unter Stress auftritt. Metalle zeigen im Allgemeinen Kriechen bei höchsten Temperaturen, wohingegen Kunststoff, Gummi und ähnliche amorphe Materialien sehr temperaturempfindlich gegenüber Kriechen sind.

Es gibt drei Stufen von Kriechen. Im ersten dehnt sich das Material schnell, aber mit abnehmender Geschwindigkeit aus. In der zweiten Stufe ist die Dehnungsgeschwindigkeit konstant. In der 3. Stufe steigt die Dehnungsgeschwindigkeit schnell an, bis das Material versagt. Die Spannung für eine bestimmte Dehnungsrate bei konstanter Temperatur wird als Kriechfestigkeit bezeichnet.

14. Ermüdung (Mechanische Eigenschaften von Materialien)

Die Müdigkeit Die Eigenschaften eines Materials bestimmen sein Verhalten, wenn es Tausenden oder sogar Millionen von zyklischen Belastungen ausgesetzt wird Anwendungen, bei denen die in jedem Zyklus entwickelte maximale Spannung gut innerhalb des elastischen Bereichs des Materials liegt. Unter diesen Bedingungen kann es nach einer bestimmten Anzahl von Lastanwendungen zu einem Versagen kommen, oder das Material kann unbegrenzt weiter funktionieren. In vielen Fällen ist eine Komponente so ausgelegt, dass sie unter einem bestimmten Belastungszyklus eine bestimmte Lebensdauer hat; Viele Komponenten von Hochgeschwindigkeitsflugzeugen und Turbinentriebwerken sind von diesem Typ.

Das waren also all die verschiedenen Mechanischen Eigenschaften von Materialien Dies ist hilfreich, um Erkenntnisse darüber zu erhalten, welche Art von Material entsprechend der Anforderung ausgewählt werden sollte.