Flytegrense Re, ReH og ReL – definisjon, symboler og betydning

Flytegrense Re er en av de grunnleggende parameterne som beskriver mekaniske egenskaper til metaller og legeringerDefinerer spenningen forbundet med starten av permanent plastisk deformasjon av et materiale under strekkprøverNår flytegrensen er overskredet, går ikke materialet helt tilbake til sine opprinnelige dimensjoner etter at lasten er fjernet.
Når det gjelder materialer som viser et uttalt flytfenomen, skilles det mellom øvre flytegrense ReH oraz lavere flytegrense ReLHvis materialet ikke viser en klar flytegrense, brukes konvensjonelle parametere i stedet for Re, inkludert: Rp0,2.

Hva betyr flytegrensen Re?

Under strekking deformeres materialet i utgangspunktet primært elastisk. Dette betyr at prøven kan gå tilbake til sine opprinnelige dimensjoner når lasten fjernes.
Når plastisk deformasjon har kommet inn i området, gjenstår noe deformasjon etter at lasten er fjernet. Flytegrensen er relatert til overgangen til permanent plastisk deformasjon av et materiale.
Flytegrenseverdien er oftest gitt i MPa, ved å bruke:
1 MPa = 1 N/mm²

Hva betyr symbolet Re?

Symbolet Re brukes for å referere til flytegrensen til et materiale. Når det oppstår betydelig flyt under en strekkprøve, kan følgende skilles ut:

ReH – øvre flytegrense,
ReL – lavere flytegrense.

Dette skillet skyldes det karakteristiske forløpet av spennings-tøyningskurven for noen materialer.

Øvre flytegrense ReH

ReH – øvre flytegrense tilsvarer spenningen som oppstår i det øyeblikket det karakteristiske strømningsfenomenet starter, før spenningsreduksjonen forbundet med ytterligere deformasjon av prøven oppstår.
Enkelt sagt kan ReH behandles som den høyeste spenningsverdien som oppstår i begynnelsen av en betydelig materialstrøm.
Ikke alle metaller og legeringer viser fenomener som tillater entydig bestemmelse av ReH.

Lavere flytegrense ReL

ReL – lavere flytegrense er relatert til det videre strømningsforløpet etter å ha nådd ReH.
Når den øvre flytegrensen er nådd, kan spenningen avta selv om prøven fortsetter å deformeres. Den nedre flytegrensen bestemmes i henhold til prinsippene som er definert for strekkprøving og bør ikke forstås bare som en hvilken som helst laveste spenningsverdi som oppstår gjennom hele testen.

ReH og ReL – hva er forskjellen?

Forskjellen mellom ReH og ReL kan forenkles som følger:

parameter	Betydning
ReH	Øvre flytegrense – spenningen forbundet med starten av betydelig materialstrøm
ReL	Nedre flytegrense – spenningen som bestemmes under det videre forløpet av den distinkte flyten av materialet

For et materiale med en distinkt øvre og nedre flytegrense skjer følgende:
ReH > ReL

Hvorfor forblir permanent deformasjon etter at Re er overskredet?

I det elastiske området er endringer i atomposisjon reversible på makroskopisk skala etter at lasten er fjernet. Når plastisk deformasjon begynner, oppstår imidlertid dislokasjonsbevegelse og permanente endringer i materialets struktur.
Etter avlastning forsvinner noe av den elastiske deformasjonen, men noe av den plastiske deformasjonen forblir. Derfor gjenoppretter ikke elementet sine opprinnelige dimensjoner helt.

Flytegrense Re og strekkfasthet Rm

Re og Rm betyr ikke det samme.
Flytegrensen beskriver starten på permanent plastisk deformasjon, mens Rm – strekkfasthet tilsvarer den høyeste tekniske spenningen som oppnås under strekkprøven.
For typiske duktile konstruksjonsmaterialer skjer følgende:
Re < Rm
At materialet har nådd flytegrensen betyr ikke at det har sviktet. Når plastisk deformasjon begynner, kan materialet fortsette å bære last, og som et resultat av deformasjonsherding kan spenningen øke inntil Rm er nådd.

Flytegrense Re ved Rp0,2

Re oraz Rp0,2 er parametere knyttet til materialets plastiske oppførsel, men de er ikke utskiftbare konsepter.
Re kan bestemmes for materialer som viser et tydelig strømningsfenomen. Hvis et slikt fenomen ikke kan bestemmes tydelig, brukes en av følgende: konvensjonell flytegrense Rp0,2.
Rp0,2 tilsvarer spenningen der en spesifisert konvensjonell plastisk forlengelse forblir lik etter avlastning 0,2%.
Derfor kan du i materialdokumentasjonen for noen arter finne verdiene ReH eller ReL, og for andre Rp0,2.

Flytegrense og elastisk deformasjon

Før permanent deformasjon begynner, opererer materialet i det elastiske området. I den første delen av strekkprøven kan spennings-tøyningsforholdet være tilnærmet lineært og beskrives av Hookes lov:
σ = E × ε
der:

σ – spenning,
E - Youngs modul,
ε – relativ deformasjon.

Flytegrensen bør imidlertid ikke forveksles med Youngs modul. E beskriver materialets stivhet, mens Re beskriver dets oppførsel ved overgang til plastisk deformasjon.

Proporsjonalgrensen, elastisitetsgrensen og plastisitetsgrensen

Disse konseptene er beslektede, men de betyr ikke akkurat det samme.
Grensen for proporsjonalitet refererer til området der spenningen forblir proporsjonal med tøyningen.
Elastisk grense refererer til oppførselen til et materiale der det, etter at lasten er fjernet, ikke er noen permanent deformasjon som overstiger det vedtatte kriteriet.
Flytegrense beskriver det karakteristiske fenomenet overgang til plastisk deformasjon i materialer som viser uttalt flyt.
I teknisk praksis forenkles disse konseptene noen ganger, men når man analyserer forskningsresultater og standarder, må man skille mellom dem.

Hvordan bestemmes ReH og ReL?

Flytegrensen bestemmes under statisk strekkprøvingPrøven strekkes under kontrollerte forhold, og maskinen registrerer kraften og deformasjonen.
Basert på det registrerte testforløpet kan det karakteristiske strømningsfenomenet identifiseres og de passende ReH- og ReL-verdiene bestemmes.
Spenningsverdien bestemmes i forhold til prøvens innledende tverrsnittsareal:
Re = Fe / S₀
der:

Fe – passende styrke i forhold til flytegrensen,
S₀ – initialt tverrsnittsareal av prøven.

I praksis er metoden for å bestemme ReH og ReL strengt definert av testmetoden og den relevante standarden.

Flyttegrense på et spennings-tøyningsdiagram

I materialer som viser et tydelig strømningsfenomen på spenning-tøyningskurve et karakteristisk forløp kan observeres.
Enkelt sagt er de som følger:

rekkevidde av elastisk deformasjon,
når den øvre flytegrensen ReH,
spenningsfallet og forekomsten av den nedre flytegrensen ReL,
materialflytområde,
deformasjonsherding,
osiągnięcie strekkfasthet Rm,
halsing og endelig ruptur av prøven.

Ikke alle materialer viser denne oppførselen. I mange legeringer er overgangen fra det elastiske til det plastiske området jevn, og i slike tilfeller spesifiseres konvensjonelle parametere i stedet for Re.

Hvilke materialer har en tydelig flytegrense?

Det distinkte strømningsfenomenet er karakteristisk for blant annet mange lavkarbonstål og konstruksjonsstål.
I andre materialer, inkludert mange rustfritt stål austenittiske legeringer aluminium og ikke-jernholdige metalllegeringer, kan overgangen til plastisk deformasjon forekomme uten en klar flytegrense.
I slike tilfeller er det vanligere å bruke konvensjonell flytegrense Rp0,2.

Hva avhenger flytegrensen av?

Flytegrensen kan avhenge av mange faktorer:

kjemisk sammensetning,
materialets mikrostruktur,
kornstørrelse,
varmebehandling,
termomekanisk behandling,
grad av tøyningsherding,
temperatur,
tøyningshastigheter,
tykkelse og dimensjoner på produktet,
retning for prøvetaking.

Derfor bør ikke én enkelt Re-verdi ukritisk tildeles en hel stålkvalitet uten å ta hensyn til leveringstilstanden og produktets dimensjon.

Innflytelsen av kornstørrelse på flytegrensen

I mange polykrystallinske materialer fører reduksjon av kornstørrelse til en økning i flytegrensen.
Dette forholdet er beskrevet omtrent Hall-Petch-forholdet:
σ_y =σ₀ + k × d^-1/2
der:

σ_y – stress forbundet med ettergivelse,
σ₀ i k – materialavhengige konstanter,
d – karakteristisk kornstørrelse.

Korngrenser fungerer som hindringer for bevegelse av dislokasjoner, så kornforfining kan øke materialets motstand mot initiering av plastisk deformasjon.

Effekten av varmebehandling på Re

Obróbka cieplna kan endre flytegrensen til et materiale betydelig ved å endre dets mikrostruktur.
Herding og senere gi slipp kan føre til en betydelig økning i flytegrensen sammenlignet med glødet tilstandImidlertid påvirker herdingstemperatur og -tid også styrken, hardhet, plastisitet og slagstyrke.
Derfor bør mekaniske parametere alltid være relatert til en spesifikk status for varmebehandling.

Påvirkningen av plastbearbeiding på flytegrensen

Kaldplastisk deformasjon forårsaker deformasjonsherdingSom et resultat kan materialets flytegrense og seighet øke, mens dets evne til å gjennomgå ytterligere plastisk deformasjon vanligvis avtar.
Dette fenomenet er av stor betydning, blant annet for svart, bånd, ledninger og tegnede stolper.

Temperaturens effekt på flytegrensen

Flytegrensen avhenger også av temperaturen. For mange metaller synker verdien med økende temperatur.
Derfor, for komponenter beregnet for drift ved forhøyede temperaturer, bør beregninger ikke utelukkende baseres på egenskaper bestemt ved romtemperatur.
For materialer med høy temperatur, fenomener som: kryp og langsiktig materialstyrke.

Re til Rm-forhold

Når man karakteriserer materialer, kan man også finne forholdet mellom flytegrense og strekkfasthet:
Re / Rom
eller henholdsvis:
0,2 kr / rom
Denne indeksen viser forholdet mellom spenningen forbundet med starten av permanent deformasjon og den maksimale ingeniørspenningen som oppnås under testen.
En høy verdi av dette forholdet indikerer at spenningsområdet mellom flytegrensen og Rm er relativt lite. Re/Rm-forholdet alene bør imidlertid ikke brukes til å trekke konklusjoner om materialets generelle plastisitet, duktilitet eller sikkerhet.

Hvorfor er flytegrensen viktig i konstruksjoner?

I mange konstruksjonselementer er det uakseptabelt ikke bare å rive i materialet, men også å skape permanent deformasjon.
En aksel, skrue, bjelke, stang eller maskinelement kan fortsatt være i ett stykke, men bli permanent deformert og ikke lenger fungere som det skal.
Av denne grunn er flytegrensen en av de viktigste parameterne som brukes i utformingen av strukturelle elementer.

Er en høyere flytegrense alltid gunstig?

Ikke alltid. En høy flytegrense gjør at et materiale tåler høyere spenninger uten permanent deformasjon, men den beskriver ikke alle egenskapene som trengs i en gitt applikasjon.
Materialet bør også vurderes med tanke på:

Økende styrke i visse materialer kan gå på bekostning av andre egenskaper, derfor bør ikke Re-verdien analyseres isolert fra andre parametere.

Re, ReH og ReL – den viktigste informasjonen

Re betyr flytegrensen.
ReH betyr øvre flytegrense.
ReL betyr lavere flytegrense.
Flytegrensen er relatert til starten av permanent deformasjon av et materiale.
Re er oftest gitt i MPa eller N/mm².
1 MPa = 1 N/mm².
Re er ikke det samme som strekkfasthet Rm.
Ikke alle materialer har en klar flytegrense.
Hvis en klar Re ikke kan bestemmes, blant annet: konvensjonell flytegrense Rp0,2.
Flytegrensen påvirkes blant annet av produktets mikrostruktur, varmebehandling, deformasjonsherding, temperatur og dimensjoner.