Rezistența la randament față de rezistența la tracțiune: valori cheie în mecanica materialelor

Rezistența la randament față de rezistența la tracțiune: valori cheie în mecanica materialelor

Înțelegerea diferiților termeni folosiți pentru definirea metalelor este esențială pentru a le implementa corect în componentele dvs. Rezistența la randament și rezistența la tracțiune sunt două dintre cele mai importante proprietăți fizice, dar care sunt acești doi termeni și care este diferența dintre ele?

Rezistența la randament se referă la punctul în care un material se oprește deformarea elasticului (temporar) și începe să se deformeze plastic (permanent) atunci când este supus stresului.

Deformarea elastică este atunci când un material este îndoit, întins, răsucit sau comprimat și apoi se întoarce la forma sa inițială după îndepărtarea sarcinii. Deformarea plastică este deformarea permanentă, unde se aplică o componentă sau un material după ce se aplică o forță.

Rezistența la randament este adesea folosită pentru a defini puterea unui material, deoarece, în majoritatea cazurilor, odată ce o componentă este deformată, aceasta nu mai este funcțională. În ceea ce privește proprietățile mecanice, rezistența la randament este una dintre cele mai importante proprietăți atunci când specificați un material pentru un proiect sau o componentă.

Ce este puterea de tracțiune?
Rezistența la tracțiune, adesea prescurtată ca UTS, este o măsură a cât de mult stres poate rezista un material înainte de rupere. Pentru oțel, acesta este de obicei 130-140% din rezistența la randament.

Punctul UTS nu este punctul în care materialul se rupe, ci mai degrabă punctul în care tulpina din material se schimbă de la deformarea uniformă globală la deformarea localizată, care se manifestă ca întindere și îngustare a componentei (dacă nu reușește în tensiune).

Care este diferența dintre rezistența la randament și rezistența la tracțiune?
Rezistența la randament este punctul în care un material începe să se deformeze plastic, ceea ce înseamnă că se îndoaie sau se întinde, în timp ce rezistența la tracțiune este tensiunea maximă pe care un material o poate rezista.

Deși ambii factori sunt importanți, rezistența la randament este mai frecvent utilizată atunci când specificați materiale pentru componente. Acest lucru se datorează faptului că, odată ce un material depășește punctul de deformare plastică, acesta nu mai poate fi utilizat. O componentă bine proiectată va fi de obicei subliniată doar la 50% din rezistența la randament în serviciu, în funcție de aplicație și de factorul de siguranță.

Este puterea de tracțiune mai mare decât rezistența la randament?
În materiale precum oțel ușor, rezistența la randament este de aproximativ 30-40% mai mică decât rezistența la tracțiune, dar acest lucru nu este valabil pentru toate metalele. În materiale fragile precum oțelul cu conținut ridicat de carbon, rezistența la tracțiune este doar puțin mai mare decât rezistența la randament, deoarece materialul nu are ductilitate și, prin urmare, nu se deformează mult înainte de rupere.

Cum se măsoară rezistența la randament și rezistența la tracțiune?
Rezistența la tracțiune și rezistența la randament sunt tensiuni de inginerie măsurate ca forță pe unitatea de suprafață, de obicei în kilograme pe centimetru pătrat (PSI) în America de Nord și în Pascals sau Megapascals în sistemul internațional. Testele standardizate sunt frecvente, folosind exemplare de testare plate sau rotunde.

Un tester hidraulic sau de tip șurub întinde eșantionul în timp ce înregistrează stresul și tulpina experimentată. Majoritatea metalelor omogene au o relație liniară de tensiune-tensiune până la punctul de rezistență la randament.

Care este rezistența la randament a materialelor comune?

Puterea unui material depinde foarte mult de elementele specifice de aliere pe care le conține. Iată câteva exemple de randament și puncte forte de tracțiune ale materialelor de inginerie comună:

După cum puteți vedea, materialele ductile precum aluminiu și cupru au un decalaj mare între randamentul lor și punctele forte de tracțiune, în timp ce materialele fragile precum oțelurile cu unelte de carbon ridicat au opusul.

Fapte despre puterea de tracțiune
Tungstenul are cea mai mare rezistență la tracțiune a tuturor metalelor, la aproximativ 980 MPa.

Unele metale foarte ductile, cum ar fi aurul, au o rezistență la randament mai mare decât rezistența lor la tracțiune, deoarece se gât la eforturi mai mici, dar se pot întinde semnificativ mai mult decât metalele, cum ar fi oțelul.

Deși mătasea păianjenului are o rezistență la tracțiune de doar 1,5 GPa, este de cinci ori mai puternică decât oțelul în greutate.