Preostalo naprezanje je uobičajena pojava u materijalima, koja postoji unutar materijala bez utjecaja vanjskih sila. Može se stvoriti tokom različitih proizvodnih procesa kao što su livenje, kovanje, zavarivanje i mašinska obrada. Brinellov test tvrdoće je široko korištena metoda za mjerenje tvrdoće materijala, pružajući važne informacije o mehaničkim svojstvima materijala. Kao dobavljač Brinell testera tvrdoće, razumijevanje utjecaja preostalog naprezanja na rezultat Brinellove testa tvrdoće je ključno i za nas i za naše kupce.
Razumijevanje rezidualnog stresa
Preostalo naprezanje se može klasificirati u dva glavna tipa: makroskopsko zaostalo naprezanje i mikroskopsko zaostalo naprezanje. Makroskopsko zaostalo naprezanje djeluje u relativno velikom obimu unutar materijala, često uzrokovano neujednačenom plastičnom deformacijom tijekom proizvodnje. Na primjer, u procesu kovanja, vanjski sloj obratka može se ohladiti brže od unutrašnjeg sloja, što rezultira različitim stupnjevima skupljanja i na taj način stvara makroskopsko zaostalo naprezanje.
Mikroskopsko zaostalo naprezanje se, s druge strane, javlja na nivou zrna ili između različitih faza u višefaznom materijalu. To može biti zbog neusklađenosti rešetki između različitih kristalnih struktura ili prisutnosti nečistoća. Ova zaostala naprezanja mogu imati značajan utjecaj na mehaničko ponašanje materijala, uključujući njegovu reakciju na Brinellov test tvrdoće.
Brinellov test tvrdoće
Brinellov test tvrdoće uključuje utiskivanje tvrdog sfernog indentera (obično napravljenog od volfram karbida ili čelika) na površinu materijala pod određenim opterećenjem u određenom periodu. Nakon uklanjanja opterećenja, mjeri se prečnik udubljenja. Broj tvrdoće po Brinellu (BHN) se zatim izračunava pomoću formule:
[BHN=\frac{2F}{\pi D(D - \sqrt{D^{2}-d^{2}})}]
gdje je (F) primijenjeno opterećenje, (D) je prečnik utiskivača, a (d) je prečnik udubljenja.
Kao dobavljač, nudimo razne Brinellove testere tvrdoće, uključujući iMašina za ispitivanje tvrdoće po Brinellu,Tester tvrdoće po Brinellu sa malim opterećenjem, iAutomatski tester tvrdoće po Brinellu. Ovi testeri su dizajnirani da obezbede tačna i pouzdana merenja tvrdoće za različite vrste materijala i primene.
Utjecaj preostalog naprezanja na rezultat Brinell testa tvrdoće
1. Kompresijski rezidualni napon
Kada materijal ima tlačno zaostalo zaostalo naprezanje na svojoj površini, može se oduprijeti prodiranju indentera tijekom Brinellove testa tvrdoće. Kompresijsko zaostalo naprezanje efektivno povećava otpornost materijala na plastičnu deformaciju. Kao rezultat toga, promjer udubljenja će biti manji od promjera materijala bez naprezanja pod istim uvjetima ispitivanja. Prema formuli tvrdoće po Brinellu, manji prečnik udubljenja dovodi do većeg broja tvrdoće po Brinellu.
Na primjer, u slučaju kada je čelična komponenta izbušena - izbušena kako bi se na njenoj površini uvela zaostala tlačna naprezanja, izmjerena tvrdoća po Brinell-u na otvorenoj površini bit će veća u odnosu na neočišćenu površinu. Ovo povećanje tvrdoće može se pogrešno protumačiti kao stvarno poboljšanje ukupne tvrdoće materijala ako se ne uzme u obzir prisustvo zaostalog naprezanja.
2. Zaostali zatezni napon
Zaostali zatezni napon ima suprotan efekat. Promoviše plastičnu deformaciju tokom Brinell testa tvrdoće. Kada se indenter utisne u materijal, prethodno postojeće vlačno naprezanje se kombinuje sa naprezanjem koje stvara indenter, što olakšava plastično deformisanje materijala. To dovodi do većeg prečnika udubljenja i nižeg broja tvrdoće po Brinellu.
U zavarenoj konstrukciji, na primjer, zaostali napon zatezanja može biti prisutan u blizini zone zavara. Ako se u ovom području provodi ispitivanje tvrdoće po Brinellu, izmjerena tvrdoća može biti niža od stvarne zapreminske tvrdoće osnovnog materijala, dajući lažni utisak mekšeg materijala.
3. Neujednačena distribucija zaostalog naprezanja
U mnogim situacijama u stvarnom svijetu, raspodjela zaostalog naprezanja unutar materijala nije jednolika. Ova neujednačenost može uzrokovati značajne varijacije u rezultatima Brinell testa tvrdoće na različitim lokacijama na površini materijala.
Razmotrite kovani dio složenog oblika. Raspodjela preostalog naprezanja može varirati od vanjske površine do unutarnjih područja i od jednog kraja dijela do drugog. Prilikom izvođenja više Brinellovih testova tvrdoće na različitim lokacijama, izmjerene vrijednosti tvrdoće mogu značajno varirati. Ove fluktuacije nisu nužno posljedica varijacija u zapreminskim svojstvima materijala, već radije zbog nejednake raspodjele zaostalog naprezanja.
Implikacije za ispitivanje materijala i kontrolu kvaliteta
Utjecaj preostalog naprezanja na rezultate Brinell testa tvrdoće ima važne implikacije za ispitivanje materijala i kontrolu kvalitete. Ako se zaostalo naprezanje ne uzme u obzir, netočna mjerenja tvrdoće mogu dovesti do pogrešne procjene svojstava materijala. To može rezultirati pogrešnim odabirom materijala za određenu primjenu ili preporukom nepravilnih procesa toplinske obrade.
Na primjer, u vazduhoplovnoj industriji, gdje su potrebni visoko precizni i pouzdani materijali, neprecizno mjerenje tvrdoće zbog preostalog naprezanja može ugroziti sigurnost i performanse komponenti aviona. Stoga je neophodno da naši kupci budu svjesni potencijalnog utjecaja zaostalog naprezanja kada koriste naše Brinell testere tvrdoće.
Ublažavanje efekta rezidualnog stresa
Da bi se dobili precizniji rezultati ispitivanja tvrdoće po Brinellu, može se koristiti nekoliko metoda za ublažavanje efekta preostalog naprezanja. Jedan pristup je oslobađanje zaostalog naprezanja kroz procese termičke obrade kao što je žarenje. Žarenje omogućava materijalu da dostigne stabilnije stanje smanjenjem nivoa unutrašnjeg naprezanja.
Druga metoda je izvođenje više testova na različitim lokacijama na površini materijala, a zatim statistička analiza podataka. Uzimanjem prosjeka višestrukih mjerenja, utjecaj lokalnih varijacija zaostalog naprezanja može se minimizirati. Dodatno, tehnike ispitivanja bez razaranja, kao što je difrakcija rendgenskih zraka, mogu se koristiti za mjerenje raspodjele zaostalog naprezanja prije provođenja Brinell testa tvrdoće. Ove informacije se zatim mogu koristiti za korekciju mjerenja tvrdoće.
Zaključak
Kao dobavljač Brinell testera tvrdoće, razumijemo važnost pružanja preciznih i pouzdanih rješenja za mjerenje tvrdoće. Utjecaj zaostalog naprezanja na rezultate Brinell testa tvrdoće je složen, ali značajan faktor koji treba uzeti u obzir pri ispitivanju materijala i kontroli kvalitete. Tlačno zaostalo naprezanje može povećati izmjerenu tvrdoću, dok je zaostalo zatezanje može smanjiti, a nejednaka raspodjela naprezanja može uzrokovati fluktuacije u rezultatima ispitivanja.
Budući da su svjesni ovih efekata, naši kupci mogu poduzeti odgovarajuće mjere za ublažavanje utjecaja zaostalog naprezanja i dobiti preciznija mjerenja tvrdoće. Podstičemo naše kupce da nas kontaktiraju za više informacija o tome kako koristiti našeMašina za ispitivanje tvrdoće po Brinellu,Tester tvrdoće po Brinellu sa malim opterećenjem, iAutomatski tester tvrdoće po Brinelluefikasno u prisustvu rezidualnog stresa. Ako imate bilo kakvih pitanja ili ste zainteresirani za kupovinu naših proizvoda za potrebe testiranja materijala, slobodno nam se obratite za daljnje rasprave i pregovore.
Reference
- ASTM E10 - 18, Standardna metoda ispitivanja tvrdoće metalnih materijala po Brinelu.
- Priručnik ASM, sveska 8: Mehanička ispitivanja i evaluacija.
- Macherauch, E. Analiza rezidualnog naprezanja difrakcijom X zraka. Springer, 1976.