Udbyttestyrke vs. trækstyrke: nøglemetrik i materialemekanik

Udbyttestyrke vs. trækstyrke: nøglemetrik i materialemekanik

At forstå de forskellige udtryk, der bruges til at definere metaller, er afgørende for korrekt implementering af dem i dine komponenter. Udbyttestyrke og trækstyrke er to af de vigtigste fysiske egenskaber, men hvad er disse to udtryk, og hvad er forskellen mellem dem?

Udbyttestyrke henviser til det punkt, hvor et materiale stopper deformerende elastisk (midlertidigt) og begynder at deformere plastisk (permanent), når den udsættes for stress.

Elastisk deformation er, når et materiale er bøjet, strakt, snoet eller komprimeret og derefter vender tilbage til sin oprindelige form, efter at belastningen er fjernet. Plastisk deformation er permanent deformation, hvor en komponent eller materiel ændrer form, efter at en kraft er påført.

Udbyttestyrke bruges ofte til at definere styrken af ​​et materiale, fordi den i de fleste tilfælde, når en komponent er deformeret, ikke længere er funktionel. Med hensyn til mekaniske egenskaber er udbyttestyrke en af ​​de vigtigste egenskaber, når man specificerer et materiale til et projekt eller en komponent.

Hvad er trækstyrke?
Trækstyrke, ofte forkortet som UTS, er et mål for, hvor meget stress et materiale kan modstå, før han går i stykker. For stål er dette typisk 130-140% af udbyttestyrken.

UTS -punktet er ikke det punkt, hvor materialet går i stykker, men snarere det punkt, hvor belastningen i materialet ændrer sig fra global ensartet deformation til lokaliseret deformation, der manifesterer sig som strækning og indsnævring af komponenten (hvis den mislykkes i spænding).

Hvad er forskellen mellem udbyttestyrke og trækstyrke?
Udbyttestyrke er det punkt, hvor et materiale begynder at deformere plastisk, hvilket betyder, at det bøjer eller strækker sig, mens trækstyrke er det maksimale stress, et materiale kan modstå.

Mens begge faktorer er vigtige, bruges udbyttestyrke mere almindeligt, når man specificerer materialer til komponenter. Dette skyldes, at når et materiale overstiger punktet med plastdeformation, kan det ikke længere bruges. En godt designet komponent vil typisk kun blive stresset til 50% af dens udbyttestyrke i tjeneste, afhængigt af applikationen og dens sikkerhedsfaktor.

Er trækstyrke højere end udbyttestyrke?
I materialer som mildt stål er udbyttestyrke omkring 30-40% lavere end trækstyrke, men dette er ikke tilfældet for alle metaller. I sprøde materialer som høj kulstofstål er trækstyrke kun lidt højere end udbyttestyrke, fordi materialet mangler duktilitet og derfor ikke deformeres meget, før de går i stykker.

Hvordan måles udbyttestyrke og trækstyrke?
Trækstyrke og udbyttestyrke er tekniske spændinger målt som kraft pr. Enhedsareal, normalt i pund pr. Kvadrat tomme (PSI) i Nordamerika og i Pascals eller megapascals i det internationale system. Standardiserede tests er almindelige ved hjælp af enten flade eller rund testprøver.

En hydraulisk eller skruetype tester strækker prøven under registrering af den oplevede stress og belastning. De fleste homogene metaller har et lineært stress-belastningsforhold op til udbyttestyrkepunktet.

Hvad er udbyttestyrken for almindelige materialer?

Styrken af ​​et materiale afhænger meget af de specifikke legeringselementer, det indeholder. Her er nogle eksempler på udbytte og trækstyrker ved almindelige tekniske materialer:

Som du kan se, har duktile materialer som aluminium og kobber et stort mellemrum mellem deres udbytte og trækstyrker, mens sprøde materialer som stål med højt kulstofværktøj har det modsatte.

Fakta om trækstyrke
Wolfram har den højeste trækstyrke for alle metaller, ca. 980 MPa.

Nogle meget duktile metaller, såsom guld, har en udbyttestyrke højere end deres trækstyrke, fordi de halser ved lavere spændinger, men kan strække sig markant mere end metaller såsom stål.

Selvom edderkopsilke har en trækstyrke på kun 1,5 GPa, er den fem gange stærkere end stål efter vægt.