Um artigo para ajudá-lo a compreender as propriedades mecânicas dos materiais: resistência, dureza, tenacidade, fragilidade ...

Na engenharia estrutural, quando selecionamos o material certo para um projeto ou produto, é muito importante escolher este material, não aquele material, com base nas propriedades mecânicas do material como base, este artigo irá levá-lo a entender o básico propriedades mecânicas dos materiais: resistência, dureza, tenacidade, fragilidade ...

★ Básico Cprincípios

A aprendizagem do conhecimento começa com os conceitos, que são as menores unidades de conhecimento. Compreender algo, um assunto, requer a compreensão de muitos conceitos básicos. Portanto, para aprender sobre as propriedades mecânicas dos materiais, precisamos primeiro entender o conceito central relevante e o que esse conceito expressa. Com este ponto de partida, o que se segue será muito mais fácil.

Não.	Propriedades	Definição
1	Fortalecimento	A capacidade de um material de resistir a danos sob a ação de uma força externa.
2	Dureza	A capacidade de um material de resistir à deformação plástica local. A capacidade de um material de resistir a arranhões, cortes, abrasão, indentação ou penetração.
3	rigidez	A rigidez se refere à capacidade de um material ou componente de resistir à deformação sob tensão, que é uma representação da dificuldade de deformação elástica e também da força necessária para causar o deslocamento da unidade.
4	Flexibilidade	A flexibilidade, também conhecida como razão de esbeltez, é denotada como λ, que se refere ao tamanho da deformação ao longo do eixo vertical do componente sob tensão axial. É o recíproco da rigidez.
5	Fadiga	Danos por fadiga referem-se ao fenômeno de falha do material sob a tensão que está muito abaixo do limite de resistência ou mesmo do limite de escoamento do material.
6	Dureza	Resistência, indicando a capacidade de um material de absorver energia durante a deformação e ruptura do plástico.
7	Fragilidade	Fragilidade se refere à propriedade de que o material se quebra sob a ação de força externa (como impacto de tração, etc.) com apenas uma pequena deformação.
8	Elasticidade	A elasticidade refere-se à propriedade de que um objeto pode recuperar seu tamanho e forma originais após a deformação, que é expressa pelo módulo de elasticidade E.
9	Plasticidade	A plasticidade é a capacidade de um objeto de se deformar. Quando a força externa é pequena, o objeto sofre deformação elástica, quando a força externa ultrapassa um determinado valor, o objeto produz uma deformação irrecuperável, que é chamada de deformação plástica.
10	Ductilidade	A ductilidade se refere à capacidade de um material ou componente continuar a carregar depois de atingir um estado de dano até atingir sua capacidade final de carga. Esta é a capacidade de manter a deformação em uma certa capacidade de carga.

★ Características básicas

Para ajudá-lo a entender melhor essas propriedades mecânicas, selecionei 10 cenas comuns de filmes do trabalho ou da vida cotidiana como uma referência para descrever melhor suas características básicas e passá-las para seus amigos para aprenderem uns com os outros.

Resistência: o material deve ser capaz de suportar as forças aplicadas no cenário de aplicação sem dobrar, quebrar, estilhaçar ou deformar.

Dureza: os materiais mais duros são geralmente mais resistentes a arranhões, duráveis ​​e resistentes a rasgos e reentrâncias.

Rigidez: um material com boa rigidez é menos sujeito a deformações.

Flexibilidade: um maior grau de flexibilidade resulta em maior deformação e menor estabilidade do componente.

Fadiga: Um material com alta fadiga é de boa qualidade e dura mais tempo.

Tenacidade: a resistência à tração e ao impacto do material, quanto melhor a tenacidade, menor a possibilidade de fratura por fragilidade.

Fragilidade: ao contrário da tenacidade, quanto maior a fragilidade, o material será danificado com muito pouca deformação.

Elasticidade: A capacidade de um material de absorver força e se curvar em diferentes direções e retornar ao seu estado original.

Plasticidade: Em relação à elasticidade, quanto melhor for a plasticidade, a deformação do material manterá a forma após a deformação.

Ductilidade: Capacidade de ser tensionada e deformada na direção do comprimento. Para estruturas sísmicas, materiais com bom desempenho de ductilidade devem ser usados.

★ Conexões e distinções

Depois de compreender os conceitos e características básicos, é ainda mais importante compreender as conexões e distinções entre eles, a fim de obter uma compreensão profunda das propriedades dos materiais ou componentes e aplicá-los melhor à vida prática de produção.

Em primeiro lugar, as especialidades de diferentes materiais são diferentes. Em geral, na ciência dos materiais, a dureza da cerâmica é alta, a resistência do metal é alta, a plasticidade do polímero é boa e assim por diante, porque eles têm diferentes estruturas materiais (do microscópico ao mesoscópico) e diferentes ligações químicas, e há muito o que falar em naquela. Você pode ver o que é dito em Fundamentos da Ciência de Materiais, que é escrito em detalhes.

1 A relação entre resistência e plasticidade

Força se refere à quantidade máxima de força que um material pode suportar. A plasticidade se refere à porcentagem do material que pode ser deformada ao máximo. Por exemplo, se uma barra de aço pode suportar uma força máxima de 100Mpa, ou seja, sua resistência é 100Mpa, e se sob uma força de 100Mpa ela se deforma em 20% e quebra, então sua plasticidade é de 20%.

Na indústria, uma situação típica em que são necessárias alta resistência e alta plasticidade é nos componentes estruturais de um carro. Por um lado, queremos que seja capaz de suportar mais forças e, por outro lado, queremos que os componentes estruturais sejam capazes de se deformar em grande medida em caso de colisão, para que possam absorver energia e proteger os passageiros. Por exemplo, queremos que um componente estrutural seja capaz de resistir a uma pressão de 2,000 MPa e ao mesmo tempo deformar em até 60% sem fratura. (Energia absorvida = força no membro estrutural x grau de deformação do membro estrutural) Isso é, de fato, tenacidade. A tenacidade é a quantidade de energia absorvida por um material durante a deformação e geralmente é representada pela integral sob a curva em um teste de tração diagrama, ou seja, a área, conforme mostrado abaixo.

De um modo geral, a resistência e a plasticidade de um material não podem ser encontradas simultaneamente, são como os dois lados da mesma moeda: um aumento na resistência geralmente leva a uma diminuição na plasticidade. A pesquisa mostrou que a deformação plástica de materiais metálicos é geralmente obtida por deslizamento de deslocamento. Durante o endurecimento, o metal é plasticamente deformado, os grãos escorregam e os deslocamentos ficam emaranhados, fazendo com que os grãos se alongem, quebrem e fibrilizem, evitando mais deformação e consequente falha e fratura.

2 Elasticidade e plasticidade são relativas

A elasticidade é simples, após a retirada das forças externas deformação pode ser totalmente recuperada; plasticidade significa que o material tem deformação plástica, após a retirada das forças externas de deformação não pode ser totalmente recuperado, há deformação plástica residual. Por exemplo, o índice de alongamento é usado para avaliar a plasticidade do aço. Depois que uma amostra de aço é retirada, a deformação elástica se recupera, enquanto a deformação plástica residual, portanto, o alongamento pode ser usado para avaliar a capacidade de deformação plástica do aço.

3 Rigidez, ductilidade e plasticidade

Em primeiro lugar, todos os três são conceitos que medem o grau de deformação. Rigidez é o valor da carga / deslocamento na fase elástica, que é EI, uma medida de suavidade e rigidez. A ductilidade e a plasticidade são deformações na fase inelástica, o coeficiente de ductilidade pode ser calculado quantitativamente e a plasticidade é um conceito qualitativo.

4 Resistência = força + plasticidade

A tenacidade se refere à energia absorvida pelo material desde a força até a fratura, quanto mais energia consumida para fazer a fratura do material, melhor será a tenacidade. O consumo de energia significa que o trabalho deve ser feito no material fora do sistema, o que indica a presença de força e deslocamento (deformação). A capacidade de suportar tensões é caracterizada pela resistência e a capacidade de deformar é caracterizada pela plasticidade. Portanto, um material dúctil tem boa plasticidade.