ધાતુઓ અને સ્ટીલ્સના યાંત્રિક ગુણધર્મો - પરિમાણો, નિશાનો અને પરીક્ષણ પદ્ધતિઓ

ધાતુઓ અને સ્ટીલના યાંત્રિક ગુણધર્મો તેના પર કામ કરતા ભારના પ્રભાવ હેઠળ સામગ્રીનું વર્તન નક્કી કરો. તેઓ અન્ય બાબતોની સાથે, તેના મૂલ્યાંકન માટે પરવાનગી આપે છે મજબૂતાઈ, પ્લાસ્ટિસિટી, સ્થિતિસ્થાપકતા, જડતા, કઠિનતા, અસર શક્તિ, થાક પ્રતિકાર અને ફ્રેક્ચર કઠિનતાચોક્કસ માળખાકીય અને ઔદ્યોગિક એપ્લિકેશનો માટે સામગ્રી પસંદ કરતી વખતે ઉપયોગમાં લેવાતા મૂળભૂત માપદંડોમાં તે શામેલ છે.
સૌથી વધુ વારંવાર નોંધાયેલા પરિમાણોમાં શામેલ છે: તાણ શક્તિ Rm, ઉપજ શક્તિ Re અથવા Rp0,2, વિસ્તરણ A, ઘટાડો Z, યંગનું મોડ્યુલસ E, અસર શક્તિ KV/KU અને કઠિનતા HBW, HV અને HRC.
યાંત્રિક ગુણધર્મોના મૂલ્યો ફક્ત સામગ્રીના પ્રકાર પર આધારિત નથી. તેઓ તેના દ્વારા પણ પ્રભાવિત થાય છે રાસાયણિક રચના, સૂક્ષ્મ રચના, ડિલિવરીની સ્થિતિ, ગરમીની સારવાર, પ્લાસ્ટિક પ્રોસેસિંગ, પરીક્ષણ તાપમાન, નમૂના સંગ્રહ દિશા અને ઉત્પાદન પરિમાણો.

ધાતુઓ અને સ્ટીલ્સના સૌથી મહત્વપૂર્ણ યાંત્રિક ગુણધર્મો

તાણ શક્તિ Rm

તાણ શક્તિ Rm સામગ્રીના યાંત્રિક ગુણધર્મોને વ્યાખ્યાયિત કરતા મૂળભૂત પરિમાણોમાંનું એક છે. તે સ્ટેટિક ટેન્સાઇલ ટેસ્ટ દરમિયાન પ્રાપ્ત થયેલા ઉચ્ચતમ એન્જિનિયરિંગ તણાવને અનુરૂપ છે.
Rm ની ગણતરી સૂત્ર દ્વારા કરવામાં આવે છે:
આરએમ = એફએમ / સે₀
ક્યાં:

• Rm - તાણ શક્તિ,
• Fm - પરીક્ષણ દરમિયાન પ્રાપ્ત થયેલ સૌથી મોટી શક્તિ,
• S₀ - નમૂનાનો પ્રારંભિક ક્રોસ-સેક્શનલ વિસ્તાર.

Rm મૂલ્ય મોટાભાગે MPa માં આપવામાં આવે છે , જ્યાં 1 MPa = 1 N/mm². Rm ને નમૂનાના ફ્રેક્ચરના સમયે થતા તણાવ સાથે સરખાવવું જોઈએ નહીં. ડક્ટાઇલ મટિરિયલ્સના કિસ્સામાં, નેકિંગ થાય તે પહેલાં મહત્તમ બળ પ્રાપ્ત થઈ શકે છે અને મટિરિયલ આખરે ફ્રેક્ચર થાય છે.

ઉપજ શક્તિ Re, ReH અને ReL

ઉપજ બિંદુ સ્થિતિસ્થાપક વર્તણૂકથી કાયમી પ્લાસ્ટિક વિકૃતિમાં સામગ્રીના સંક્રમણ સાથે સંકળાયેલ તણાવ નક્કી કરે છે.
ઉચ્ચારણ પ્રવાહની ઘટના દર્શાવતી સામગ્રીમાં, નીચેના નક્કી કરી શકાય છે:

• રેહ - ઉપલા ઉપજ બિંદુ,
• રીલ - નીચું ઉપજ બિંદુ.

એકવાર ઉપજ બિંદુ ઓળંગાઈ ગયા પછી, ભાર દૂર કર્યા પછી સામગ્રી સંપૂર્ણપણે તેના મૂળ પરિમાણોમાં પાછી આવતી નથી.

પરંપરાગત ઉપજ શક્તિ Rp0,2

બધી સામગ્રી એક અલગ ઉપજ બિંદુ દર્શાવતી નથી. આવા કિસ્સાઓમાં, કેટલીક સામગ્રીનો ઉપયોગ થાય છે, જેમાં શામેલ છે: પરંપરાગત ઉપજ શક્તિ Rp0,2.
Rp0,2 ને અનુરૂપ તણાવ વ્યાખ્યાયિત કરે છે 0,2% નું કાયમી પ્લાસ્ટિક વિકૃતિ અનલોડ કર્યા પછી નમૂનાની લંબાઈ માપવી.
આ પરિમાણનો ઉપયોગ ઘણીવાર સ્ટેનલેસ સ્ટીલ્સ, નિકલ એલોય્સ, એલ્યુમિનિયમ એલોય્સ અને અન્ય સામગ્રીઓ માટે થાય છે જેના માટે શાસ્ત્રીય ઉપજ શક્તિ સ્પષ્ટપણે નક્કી કરી શકાતી નથી.

વિરામ A પછી વિસ્તરણ

વિરામ A પછી વિસ્તરણ સામગ્રીની પ્લાસ્ટિસિટી નક્કી કરતા મૂળભૂત પરિમાણોમાંનું એક છે. A મૂલ્ય પ્રારંભિક ગેજ લંબાઈની તુલનામાં નમૂનાના ગેજ લંબાઈમાં તે તૂટી ગયા પછી ટકાવારી કાયમી વધારો નક્કી કરે છે.
લંબાઈની ગણતરી સૂત્રનો ઉપયોગ કરીને કરવામાં આવે છે:
એ = ((એલ_u - એલ₀) / એલ₀) × ૧૦૦%
ક્યાં:

• L₀ - નમૂનાની પ્રારંભિક માપન લંબાઈ,
• L_u - તૂટ્યા પછી લંબાઈ માપવામાં આવી.

સામગ્રી દસ્તાવેજીકરણમાં વિવિધ વિસ્તરણ હોદ્દાઓ શામેલ હોઈ શકે છે, જેમાં A અને ઐતિહાસિક રીતે ઉપયોગમાં લેવાતા હોદ્દાઓ જેમ કે A5 શામેલ છે. નમૂના ભૂમિતિ અને પરીક્ષણ પરિસ્થિતિઓને ધ્યાનમાં લીધા વિના વિવિધ ગેજ લંબાઈ દ્વારા નિયુક્ત મૂલ્યોની આપમેળે તુલના થવી જોઈએ નહીં.

Z સંકુચિતતા

Z સંકુચિતતા ફ્રેક્ચરના બિંદુ પર નમૂનાના ક્રોસ-સેક્શનલ વિસ્તારમાં ટકાવારી ઘટાડો નક્કી કરે છે. તે વિસ્તરણ A સાથે એક બીજું પરિમાણ છે, જે નિષ્ફળતા પહેલાં પ્લાસ્ટિક વિકૃતિમાંથી પસાર થવાની સામગ્રીની ક્ષમતાનું મૂલ્યાંકન કરવાની મંજૂરી આપે છે.
સંકુચિતતાની ગણતરી સૂત્રનો ઉપયોગ કરીને કરવામાં આવે છે:
ઝેડ = ((એસ₀ - એસ_u) / એસ₀) × ૧૦૦%

યંગનું મોડ્યુલસ E

યંગનું મોડ્યુલસ E, જેને સ્થિતિસ્થાપકતાનું મોડ્યુલસ પણ કહેવાય છે, તે રેખીય-સ્થિતિસ્થાપક શ્રેણીમાં સામગ્રીની જડતાને વ્યાખ્યાયિત કરે છે. યંગના મોડ્યુલસનું મૂલ્ય જેટલું ઊંચું હશે, આપેલ તણાવ પર સ્થિતિસ્થાપક વિકૃતિ ઓછી થાય છે.
યંગનું મોડ્યુલસ અને સામગ્રીની મજબૂતાઈ સમાન નથી. કોઈ સામગ્રીમાં ઉચ્ચ Rm મૂલ્ય હોઈ શકે છે, પરંતુ તે અનુરૂપ રીતે ઉચ્ચ યંગનું મોડ્યુલસ પ્રદર્શિત કરતું નથી.

પોઈસનનો ગુણોત્તર ν

પોઈસનનો ગુણોત્તર ν એ પદાર્થના ત્રાંસા અને રેખાંશીય તાણ વચ્ચેના સંબંધનું વર્ણન કરે છે જ્યારે તે સ્થિતિસ્થાપક રીતે ખેંચાય છે અથવા સંકુચિત થાય છે. તે એક પરિમાણહીન જથ્થો છે.

કિર્ચહોફનું મોડ્યુલસ G

કિર્ચહોફ મોડ્યુલસ G , જેને શીયર મોડ્યુલસ અથવા શીયર મોડ્યુલસ પણ કહેવાય છે, તે સ્થિતિસ્થાપક શ્રેણીમાં શીયર સ્ટ્રેસ અને શીયર સ્ટ્રેન વચ્ચેના સંબંધને વ્યાખ્યાયિત કરે છે.

અસર શક્તિ અને ફ્રેક્ચર ઊર્જા KV અને KU

ઇમ્પેક્ટ બેન્ડિંગ ટેસ્ટ અચાનક લોડ દરમિયાન સામગ્રીની ઊર્જા શોષવાની ક્ષમતા નક્કી કરે છે. ચાર્પી ટેસ્ટિંગ ચોક્કસ પ્રકારના નોચવાળા નમૂનાઓનો ઉપયોગ કરે છે. નોચના પ્રકાર પર આધાર રાખીને, વિવિધ નોચનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે, જેમાં નીચેનાનો સમાવેશ થાય છે: KV અને KU.
પરીક્ષણ પરિણામ સામાન્ય રીતે દર્શાવવામાં આવે છે J i એ નમૂનાના ફ્રેક્ચર દરમિયાન શોષાયેલી ઊર્જા દર્શાવે છે. નીચા તાપમાને કાર્યરત સામગ્રી અને ગતિશીલ ભારના સંપર્કમાં આવતી રચનાઓનું મૂલ્યાંકન કરતી વખતે આ પરિમાણ ખાસ કરીને મહત્વપૂર્ણ છે.

સામગ્રીની કઠિનતા

કઠિનતા સ્થાનિક વિકૃતિ સામે સામગ્રીનો પ્રતિકાર નક્કી કરે છે, જે મોટાભાગે ઇન્ડેન્ટરને દબાવવાથી થાય છે.
ધાતુઓની કઠિનતા ચકાસવા માટે સૌથી વધુ ઉપયોગમાં લેવાતી પદ્ધતિઓમાં શામેલ છે:

• એચબીડબ્લ્યુ - બ્રિનેલ કઠિનતા,
• HV – વિકર્સ કઠિનતા,
• એચઆરસી - સી સ્કેલ પર રોકવેલ કઠિનતા,
• એચઆરબી – બી સ્કેલ પર રોકવેલ કઠિનતા,
• HK - નૂપ કઠિનતા.

વિવિધ પદ્ધતિઓ દ્વારા મેળવેલા મૂલ્યો સીધા સમકક્ષ નથી. રૂપાંતર કોષ્ટકોનો ઉપયોગ ચોક્કસ કિસ્સાઓમાં તેમના અવકાશ અને મર્યાદાઓને ધ્યાનમાં લેતા થઈ શકે છે.

થાક શક્તિ

ભૌતિક થાક વારંવાર અથવા ચલ ભારના પ્રભાવ હેઠળ તિરાડની શરૂઆત અને વિકાસ તરફ દોરી જતી પ્રક્રિયા છે. તાણ શક્તિ Rm કરતા નોંધપાત્ર રીતે ઓછા તાણ પર થાક નિષ્ફળતા થઈ શકે છે.
થાક જીવન અન્ય બાબતોથી પ્રભાવિત થાય છે:

• બોજનું મૂલ્ય અને પ્રકૃતિ,
• ચક્રોની સંખ્યા,
• સપાટીની સ્થિતિ,
• ખાંચો અને તાણ એકાગ્રતા,
• સામગ્રી સૂક્ષ્મ રચના,
• તાપમાન,
• કાર્ય વાતાવરણ.

સામગ્રીના થાક લક્ષણો ઘણીવાર વોહલર કર્વ્સ (SN) નો ઉપયોગ કરીને દર્શાવવામાં આવે છે.

ક્રેકીંગ સામે પ્રતિકાર K_IC

ફ્રેક્ચર ટફનેસ એ તિરાડ અથવા અન્ય વિસંગતતા ધરાવતી સામગ્રીની તિરાડના વધુ વિકાસનો પ્રતિકાર કરવાની ક્ષમતાનું વર્ણન કરે છે. ફ્રેક્ચર મિકેનિક્સ પરિમાણોમાંનું એક K _IC છે , જે પ્લેન સ્ટ્રેન સ્ટ્રેસ ઇન્ટેન્સિટી ફેક્ટરનું મહત્વપૂર્ણ મૂલ્ય છે.

સંકુચિત શક્તિ

સંકુચિત શક્તિ એ ભારના પ્રભાવ હેઠળ સામગ્રીના વર્તનનું વર્ણન કરે છે જે તેને સંકુચિત કરે છે. આ પરિમાણનું મહત્વ સામગ્રીના પ્રકાર પર આધારિત છે. બરડ સામગ્રીના કિસ્સામાં, તે મૂળભૂત શક્તિ પરિમાણોમાંનું એક હોઈ શકે છે, જ્યારે નરમ ધાતુઓ નમૂનાના ક્લાસિક ફ્રેક્ચર વિના સંકોચન દરમિયાન નોંધપાત્ર વિકૃતિમાંથી પસાર થઈ શકે છે.

વાળવાની તાકાત

ફ્લેક્સરલ તાકાત એ ભાર હેઠળ સામગ્રીના વર્તનનું વર્ણન કરે છે જેના કારણે તે વળે છે. ફ્લેક્સરલ પરીક્ષણોનો ઉપયોગ સામગ્રી, વેલ્ડ અને ફિનિશ્ડ ઘટકોનું મૂલ્યાંકન કરવા માટે, અન્ય વસ્તુઓની સાથે, કરવામાં આવે છે.

કાતરની તાકાત

શીયર ત્યારે થાય છે જ્યારે બળ સામગ્રી પર કાર્ય કરે છે, જેના કારણે શીયર તણાવ પેદા થાય છે. સ્ક્રૂ, બોલ્ટ, રિવેટ્સ અને અન્ય યાંત્રિક ફાસ્ટનર્સ જેવા ઉપયોગોમાં શીયર પ્રતિકાર મહત્વપૂર્ણ છે.

મટીરીયલ ક્રીપ

ક્રોલ લાંબા ગાળાના તાણના પ્રભાવ હેઠળ, ખાસ કરીને ઊંચા તાપમાને, થતી સામગ્રીનું સમય-આધારિત વિકૃતિ છે.
ઉચ્ચ તાપમાનના સંચાલન માટે બનાવાયેલ સામગ્રી માટે, ફક્ત ઓરડાના તાપમાને નક્કી કરાયેલ Rm મૂલ્ય સામગ્રીની યોગ્યતાનું મૂલ્યાંકન કરવા માટે અપૂરતું છે.
અન્ય બાબતોની સાથે, નીચેનાનું વિશ્લેષણ કરવામાં આવે છે:

• ક્રીપ વિકૃતિ,
• છૂટા પડવાનો સમય,
• ઘૂસણખોરી પ્રતિકાર,
• ઘૂસણખોરી મર્યાદા,
• તાપમાન અને સમય પર ગુણધર્મોની અવલંબન.

વીજ ઉત્પાદન, બોઈલર, ઉચ્ચ-તાપમાન પાઇપલાઇન્સ, ટર્બાઇન અને ઔદ્યોગિક સ્થાપનોમાં વપરાતી સામગ્રી માટે ક્રીપ પરિમાણો ખાસ મહત્વ ધરાવે છે.

સ્થિતિસ્થાપકતા, પ્લાસ્ટિસિટી, નમ્રતા અને બરડપણું

સ્થિતિસ્થાપકતા ભાર દૂર કર્યા પછી, જો સામગ્રી સ્થિતિસ્થાપક વિકૃતિ શ્રેણીમાં રહે તો, તેના મૂળ પરિમાણોમાં પાછા ફરવાની સામગ્રીની ક્ષમતાનો અર્થ થાય છે.
પ્લાસ્ટિસિટી તેનો અર્થ એ છે કે સામગ્રીની સંકલન ગુમાવ્યા વિના કાયમી ધોરણે વિકૃત થવાની ક્ષમતા.
નરમાઈ નિષ્ફળતા પહેલાં નોંધપાત્ર પ્લાસ્ટિક વિકૃતિમાંથી પસાર થવાની સામગ્રીની ક્ષમતાનું વર્ણન કરે છે.
નાજુકતા પ્રમાણમાં નાના પ્લાસ્ટિક વિકૃતિ પર સામગ્રીના ફ્રેક્ચર થવાની વૃત્તિનો અર્થ થાય છે.
આ શબ્દો Rm, Rp0,2, અથવા કઠિનતા સાથે બદલી શકાતા નથી. સમાન તાણ શક્તિ ધરાવતી સામગ્રી સંપૂર્ણપણે અલગ નમ્રતા, અસર શક્તિ અથવા ફ્રેક્ચર કઠિનતા પ્રદર્શિત કરી શકે છે.

Rm, Rp0,2 અને A – સ્ટીલના યાંત્રિક ગુણધર્મો કેવી રીતે વાંચવા?

મટીરીયલ કાર્ડ્સમાં ઘણીવાર પરિમાણોનો સમૂહ હોય છે:

• Rm - તાણ શક્તિ,
• Rp0,2 - પરંપરાગત ઉપજ શક્તિ,
• A - ફાટ્યા પછી લંબાવવું.

આ પરિમાણો વિવિધ સામગ્રી ગુણધર્મોનું વર્ણન કરે છે અને તેનું એકસાથે વિશ્લેષણ કરવું જોઈએ. ઉદાહરણ તરીકે, Rm 900–1100 MPa, Rp0,2 min 700 MPa, A min 10% નો અર્થ એ છે કે સામગ્રી ઉલ્લેખિત તાણ શક્તિ પ્રાપ્ત કરે છે, ઉલ્લેખિત લઘુત્તમ ઉપજ શક્તિ ધરાવે છે, અને ફ્રેક્ચર પહેલાં જરૂરી વિકૃતિ ક્ષમતા જાળવી રાખે છે.

યાંત્રિક ગુણધર્મો પર ગરમીની સારવારની અસર

સમાન સ્ટીલ ગ્રેડના યાંત્રિક ગુણધર્મો વપરાયેલી સામગ્રીના આધારે મોટા પ્રમાણમાં બદલાઈ શકે છે. ગરમીની સારવારસખ્તાઇથી કઠિનતા અને મજબૂતાઈમાં નોંધપાત્ર વધારો થઈ શકે છે, પરંતુ નમ્રતા અને અસરની શક્તિ પણ ઓછી થઈ શકે છે. ટેમ્પરિંગ કઠિનતા, મજબૂતાઈ અને નમ્રતા વચ્ચે સમાધાન કરવાની મંજૂરી આપે છે. બીજી બાજુ, એનલિંગ, અન્ય બાબતોની સાથે, કઠિનતામાં ઘટાડો, તણાવ રાહત અથવા સામગ્રીના સૂક્ષ્મ માળખામાં ફેરફાર તરફ દોરી શકે છે.
તેથી, યાંત્રિક ગુણધર્મોના મૂલ્યો હંમેશા સાથે ધ્યાનમાં લેવા જોઈએ ડિલિવરીની સ્થિતિ અને સામગ્રી પ્રક્રિયા ઇતિહાસ.

યાંત્રિક ગુણધર્મો પર તાપમાનની અસર

ધાતુઓના યાંત્રિક ગુણધર્મો તાપમાન સાથે બદલાય છે. ઉંચા તાપમાનના પરિણામે, અન્ય બાબતોની સાથે, ઉપજ શક્તિ અને શક્તિમાં ઘટાડો, સ્થિતિસ્થાપકતાના મોડ્યુલસમાં ફેરફાર અને નોંધપાત્ર ક્રીપ દેખાવાનું કારણ બની શકે છે.
નીચા તાપમાને, કેટલીક સામગ્રી પ્લાસ્ટિક વિકૃતિમાંથી પસાર થવાની ક્ષમતામાં ઘટાડો અને બરડ ફ્રેક્ચર પ્રત્યે સંવેદનશીલતામાં વધારો દર્શાવી શકે છે. તેથી, યાંત્રિક ગુણધર્મ મૂલ્યો સંબંધિત હોવા જોઈએ જે તાપમાને તેઓ નક્કી કરવામાં આવ્યા હતા.

ધાતુઓનું સ્થિર તાણ પરીક્ષણ

યાંત્રિક ગુણધર્મોના સૌથી મહત્વપૂર્ણ પરીક્ષણોમાંનું એક છે સ્થિર તાણ પરીક્ષણપરીક્ષણ દરમિયાન, નમૂનાને નિયંત્રિત પરિસ્થિતિઓમાં ખેંચવામાં આવે છે અને ઉપકરણ લાગુ બળ અને વિકૃતિને રેકોર્ડ કરે છે.
પરિણામોના આધારે, તમે અન્ય બાબતોની સાથે નક્કી કરી શકો છો:

• તાણ શક્તિ Rm,
• ઉપજ શક્તિ Re,
• પરંપરાગત ઉપજ શક્તિ Rp0,2,
• વિસ્તરણ A,
• Z સાંકડીકરણ

ઓરડાના તાપમાને ધાતુઓના તાણ પરીક્ષણ માટેના મૂળભૂત ધોરણોમાંનું એક EN ISO 6892-1 છે.

યાંત્રિક ગુણધર્મો અને સામગ્રીની પસંદગી

કોઈ એક યાંત્રિક ગુણધર્મ નથી જે નક્કી કરે કે એક સામગ્રી બીજી સામગ્રી કરતાં વધુ સારી છે કે નહીં. ખૂબ ઊંચી તાણ શક્તિ ધરાવતી સામગ્રીમાં અપૂરતી અસર શક્તિ હોઈ શકે છે. ખૂબ જ કઠણ સામગ્રી બરડ ફ્રેક્ચર માટે સંવેદનશીલ હોઈ શકે છે, અને જ્યાં ઉચ્ચ નમ્રતા અથવા થાક પ્રતિકાર જરૂરી હોય ત્યાં ઓછી શક્તિવાળી સામગ્રી વધુ સારી હોઈ શકે છે.
તેથી, સામગ્રી પસંદ કરતી વખતે, તમારે અન્ય બાબતોની સાથે વિશ્લેષણ કરવું જોઈએ:

• સ્થિતિસ્થાપકતા,
• શક્તિ ઉત્પન્ન કરો,
• પ્લાસ્ટિસિટી,
• કઠિનતા,
• અસર શક્તિ,
• થાક પ્રતિકાર,
• ક્રેકીંગ સામે પ્રતિકાર,
• કાર્યકારી તાપમાન,
• ઘૂસણખોરી પ્રતિકાર,
• પર્યાવરણીય અને કાટ લાગતી પરિસ્થિતિઓ.

યાંત્રિક ગુણધર્મો - યાદી

• તાણ શક્તિ Rm
• ઉપજ શક્તિ Re, ReH અને ReL
• પરંપરાગત ઉપજ શક્તિ Rp0,2
• એક્સટેન્શન A અને A5
• Z સંકુચિતતા
• યંગનું મોડ્યુલસ E
• પોઈસનનો ગુણોત્તર ν
• કિર્ચહોફનું મોડ્યુલસ G
• KV અને KU અસર શક્તિ - ચાર્પી ટેસ્ટ
• ધાતુની કઠિનતા - HBW, HRC, HRB, HV અને Knoop
• થાક શક્તિ અને ભૌતિક થાક
• ક્રેકીંગ સામે પ્રતિકાર K_IC
• સંકુચિત શક્તિ
• વાળવાની તાકાત
• કાતરની તાકાત
• ઊંચા તાપમાને સામગ્રી અને યાંત્રિક ગુણધર્મોમાં ઘટાડો
• ધાતુઓનું સ્થિર તાણ પરીક્ષણ
• તણાવ-તાણ વળાંક