Z-Stroke – הגדרה, נוסחה, מדידה ומשמעות

צמצום Z הוא אחד הפרמטרים הקובעים את יכולתה של מתכת לעבור דפורמציה פלסטית במהלך בדיקות מתיחהקובע את אחוז ההפחתה בשטח החתך של הדגימה בנקודת הקרע בהשוואה לשטח החתך ההתחלתי.
היצרות Z ניתנת ב אחוז (%)יחד עם התארכות לאחר קרע A מספק מידע על ההתנהגות הפלסטית של החומר לפני ההרס.
פרמטר זה נקבע במהלך בדיקת מתיחה סטטית וניתן לנהל אותו יחד עם תכונות כגון Rm, Re, Rp0,2 ו-א.

מה המשמעות של צמצום Z?

כאשר דגימה נמתחת, אורכה גדל וחתך הרוחב שלה קטן. לאחר שמגיעים לכוח המרבי, יכול להתחיל מאמץ מקומי בחומרים בעלי גמישות מספקת.
לאחר מכן נוצר אפקט אופייני היצרות, המכונה גם צווארבאזור זה, חתך הרוחב של הדגימה יורד במהירות וזה בדרך כלל המקום שבו מתרחש הקרע הסופי.
פרמטר Z קובע כמה הצטמצם שטח החתך באתר השבר בהשוואה לשטח החתך המקורי של הדגימה.

נוסחת צמצום Z

ההיצרות מחושבת באמצעות הנוסחה:
Z = ((S₀ - S_u) / ש₀) × 100%
איפה:

Z – צמצום [%],
S₀ – שטח חתך ראשוני של הדגימה,
S_u – שטח החתך הקטן ביותר של הדגימה לאחר הקרע.

ככל שההפרש בין S0 ל-Su גדול יותר _, כך _ערך ההיצרות Z גדול יותר.

דוגמה לחישוב צוואר ה-Z

אם שטח החתך ההתחלתי של הדגימה הוא:
S₀ = 100 מ"מ²
ושטח החתך הקטן ביותר בנקודת הקרע הוא:
S_u = 40 מ"מ²
ל:
Z = ((100 – 40) / 100) × 100% = 60%
לכן, צמצום המדגם הוא 60%.
משמעות הדבר היא ששטח החתך באתר השבר ירד ב-60% בהשוואה לשטח החתך ההתחלתי של הדגימה.

כיצד מודדים צמצום Z?

לפני תחילת הבדיקה, נקבעים המידות הראשוניות של חתך הרוחב של הדגימה, על סמךן S₀.
לאחר שבירת הדגימה, נקבע חתך הרוחב הקטן ביותר שלה באזור השבירה ו S_u.
השיטה לקביעת שטח החתך תלויה בגיאומטריה של הדגימה. עבור דגימות עגולות, נעשה שימוש בקוטר, בעוד שעבור דגימות בעלות צורות אחרות, יש לקבוע את מידות החתך המתאים בהתאם לשיטת הבדיקה.

צוואר Z עבור מדגם עגול

עבור מדגם בעל חתך רוחב מעגלי, שטח החתך ההתחלתי הוא:
S₀ = πd₀² / 4
ושטח החתך לאחר הקרע:
S_u = πd_u² / 4
איפה:

d₀ – קוטר התחלתי של הדגימה,
d_u – הקוטר הקטן ביותר של הדגימה בנקודת הקרע.

לאחר הצבת Z בנוסחה, ניתן לקבוע את אחוז ההפחתה בחתך הרוחב.

מה אומר ערך Z בגרון?

צמצום הוא אחד המדדים המאפשרים את ההערכה היכולת של חומר לעבור דפורמציה פלסטית מקומית לפני שבירה.
ערך Z גדול פירושו שהחומר היה מסוגל להפחתה מקומית משמעותית בחתך הרוחב לפני הכשל.
ערך Z קטן פירושו שינוי קטן בשטח החתך באתר השבר.
עם זאת, אין ערך Z אוניברסלי יחיד שיכול לסווג את כל החומרים כגמישים או שבירים. יש לפרש את התוצאה ביחס לסוג החומר, מצבו, גיאומטריית הדגימה ותנאי הבדיקה.

צמצום Z והתארכות A

Z ו-A הם פרמטרים שונים , אם כי שניהם מספקים מידע על העיוות הפלסטי של הדגימה במהלך בדיקת המתיחה.

פרמטר	מה קובע	ידנוסטקה
A	אחוז העלייה הקבועה באורך המדידה של הדגימה לאחר הקרע	%
Z	אחוז ההפחתה בשטח החתך באתר השבר	%

ההתארכות A מתארת את השינוי באורך הדגימה, בעוד שההתכווצות Z מתארת את השינוי בחתך הרוחב שלה.
פרמטרים אלה משלימים זה את זה, אך לא ניתן להמיר אותם ישירות זה לזה באמצעות נוסחה אוניברסלית אחת.

צוואר Z וחוזק מתיחה Rm

Rm קובע את המאמץ ההנדסי הגבוה ביותר שהושג במהלך בדיקת המתיחה, בעוד Z קובע את השינוי בשטח החתך של הדגימה לאחר הקרע.
בחומרים רקיעים, לאחר הגעה לכוח המקסימלי Fm המתאים ל-Rm, ייתכן שתתחיל לוקליזציה של דפורמציה ויצירת צוואר.
מנקודה זו ואילך, הכוח שנרשם במהלך הבדיקה עשוי לרדת, למרות שהמאמץ המקומי בצוואר ממשיך לעלות במהירות.
לכן, Rm ו-Z מתארים היבטים שונים לחלוטין של התנהגות חומרים.

מדוע מתרחשת היצרות לאחר הגעה ל-Rm?

במהלך דפורמציה פלסטית אחידה, החומר יכול להגביר את חוזקו עקב התקשות דפורמציה.
בנקודה מסוימת, ההקטנה בחתך הרוחב של הדגימה אינה מתפצה עוד על ידי עלייה אחידה נוספת בכוח המועבר. דפורמציה מתחילה להתמקם באזור ספציפי של הדגימה.
זה נוצר עוֹרֶף, כלומר היצרות מקומית.
באזור זה חתך הרוחב קטן יותר ויותר מהר עד שנוצר סדק והדגימה נשברת.

Z והלחץ בפועל

היווצרות היצרות חשובה להבחנה לחץ הנדסי ולחץ בפועל.
המאמץ ההנדסי מחושב משטח החתך ההתחלתי S₀עם זאת, ברגע שהצוואר נוצר, חתך הרוחב בפועל של הדגימה קטן בהרבה.
לכן, לאחר הגעה ל-Rm, המאמץ ההנדסי עשוי לרדת בעוד שהמאמץ המקומי בפועל באזור הצוואר עשוי להמשיך ולעלות.
מדידת ה-Z מאפשרת לנו לקבוע את מידת ההפחתה הסופית בחתך הרוחב של הדגימה.

צווארון ופלסטיות וגמישות

צוואר גדול מאפיין חומרים רבים המסוגלים לעיוות פלסטי משמעותי לפני שבר.
דגימה של חומר רקיע עשויה לפתח צוואר ברור לפני כשל ולהציג ערך Z משמעותי.
במקרה של התנהגות שבירה יותר, ההפחתה בחתך הרוחב לפני הקרע עשויה להיות קטנה.
עם זאת, אין פירוש הדבר ש-Z הוא קריטריון עצמאי ואוניברסלי לשבריריות. הערכת התנהגות החומר צריכה לקחת בחשבון גם את אופי השבר, הרחבה א', טמפרטורה, קצב טעינה, מצב מאמץ ואחרים תכונות מכניות.

היצרות ואופי פריצת הדרך

מראה הדגימה השבורה עשוי לספק מידע נוסף על מנגנון הכשל.
דפורמציה פלסטית משמעותית וצוואר גדול קשורים לעיתים קרובות ל מנגנון שבר רקיע.
בדגימות עגולות לאחר בדיקת מתיחה סטטית סוג אופייני של שבר עשוי להתרחש כוס וחרוט, הקשורים לפיתוח וחיבור של מיקרו-חללים והסופי חומר גזירה.
עם זאת, יש לנתח את שבר החומר באופן בלתי תלוי בערך ה-Z עצמו, מכיוון שמראהו מושפע מגורמים רבים.

במה תלויה היצרות Z?

ערך ההיצרות יכול להיות מושפע, בין היתר, מ:

ההרכב הכימי של החומר,
מיקרו-מבנה,
טיפול בחום,
מידת התקשות מאמץ,
טמפרטורת הבדיקה,
קצב מאמץ,
גיאומטריה לדוגמה,
מצב של לחץ באזור ההצטמצמות,
פגמים ואי-רציפות מהותיים,
כיוון הדגימה.

לכן, יש להשוות את ערכי ה-Z תוך התחשבות בתנאי הבדיקה ובמצב החומר.

השפעת עיבוד הפלסטיק על Z

עיצוב קר מוביל ל התקשות דפורמציהייתכן ויהיה מוגבר Rm oraz Re lub Rp0,2, בעוד שיכולתו של החומר לעבור דפורמציה פלסטית נוספת עשויה לרדת.
כתוצאה מכך, התקשות קרה חזקה עלולה להוביל להפחתה בצוואר ה-Z ולעלייה בהארכה ב-A.
עם זאת, ההשפעה בפועל תלויה בחומר, במיקרו-מבנה שלו ובמידת העיוות.

השפעת טיפול בחום על Z

אוברובקה צ'יפלנה משנה את המיקרו-מבנה של החומר ולכן עשוי להשפיע על יכולתו להתעוות באופן מקומי לפני שבירה.
תהליכים המגבירים חוזק וקשיחות עשויים להוביל לירידה בפלסטיות בחומרים מסוימים, בעוד שמתאימים רִכּוּך עשוי להגביר את יכולת העיוות של החומר.
לכן, ערך ה-Z צריך להיות קשור לערך ספציפי תנאי אספקה וטיפול בחום.

השפעת הטמפרטורה על הצרה

טמפרטורת הבדיקה עשויה להשפיע באופן משמעותי על מנגנון העיוות וההרס של החומר.
בחומרים מסוימים, הורדת הטמפרטורה מובילה לירידה ביכולת לעבור דפורמציה פלסטית, בעוד שהעלאת הטמפרטורה עלולה לגרום לעלייה בפלסטיות.
עם זאת, קשר זה אינו אוניברסלי עבור כל המתכות והסגסוגות. יש להעריך את התכונות על סמך נתונים שהתקבלו עבור החומר הרלוונטי וטמפרטורת ההפעלה.

הגבלת Z בתעודת קבלת החומר

ניתן לבצע את ההיצרות ב תעודת קבלת חומרים יחד עם תוצאות בדיקות מתיחה סטטיות אחרות.
התיעוד כולל, בין היתר:

Re lub Rp0,2,
Rm,
A,
Z.

עם זאת, לא כל תקן חומרים דורש את מתן Z. היקף הבדיקות והתכונות הנדרשות תלויים בדרגת החומר, בסוג המוצר, במידותיו, בתנאי האספקה ובמפרט הרלוונטי.

צווארון Z ואיכות החומר

אין להניח שחומר עם Z גדול יותר הוא אוטומטית חומר טוב יותר.
ערך צוואר גבוה מצביע על קיבולת גבוהה לעיוות פלסטי מקומי לפני שבר, אך אינו קובע ישירות:

יש לנתח את Z יחד עם תכונות אחרות הנדרשות ליישום ספציפי.

צמצום Z - המידע החשוב ביותר

Z פירושו היצרות הדגימה לאחר הקרע.
ההיצרות ניתנת ב %.
Z מציין את אחוז ההפחתה בשטח החתך של הדגימה בנקודת השבר.
הנוסחה היא כדלקמן: Z = ((S₀ - S_u) / ש₀) × 100%.
S₀ הוא שטח החתך ההתחלתי של הדגימה.
S_u פירושו שטח החתך הקטן ביותר לאחר הקרע.
Z הוא אחד הפרמטרים המתארים את יכולתו של החומר לעבור דפורמציה פלסטית.
Z אינו זהה להתארכות של A.
A מתאר את השינוי באורך, בעוד Z מתאר את השינוי בשטח החתך של הדגימה.
צווארון משמעותי אופייני לחומרים רבים המציגים התנהגות גמישה במהלך בדיקת מתיחה סטטית.
Z מושפע, בין היתר, ממיקרו-מבנה, טיפול בחום, הקשחת מאמץ, טמפרטורה וגיאומטריית הדגימה.
יש לפרש את ערך ה-Z יחד עם Rm, Re או Rp0,2, A ותכונות מכניות אחרות של החומר.