ความแข็งแรงของผลผลิตเทียบกับความต้านทานแรงดึง: ตัวชี้วัดที่สำคัญในกลศาสตร์วัสดุ
การทำความเข้าใจข้อกำหนดต่าง ๆ ที่ใช้ในการกำหนดโลหะเป็นสิ่งจำเป็นในการใช้งานอย่างถูกต้องในส่วนประกอบของคุณ ความแข็งแรงของผลผลิตและแรงดึงเป็นคุณสมบัติทางกายภาพที่สำคัญที่สุดสองประการ แต่สองคำนี้คืออะไรและความแตกต่างระหว่างพวกเขาคืออะไร?
ความแข็งแรงของผลผลิตหมายถึงจุดที่วัสดุหยุดการเปลี่ยนรูปอย่างยืดหยุ่น (ชั่วคราว) และเริ่มการเปลี่ยนรูปแบบพลาสติก (ถาวร) เมื่ออยู่ภายใต้ความเครียด
การเสียรูปแบบยืดหยุ่นคือเมื่อวัสดุงอยืดบิดบิดหรือบีบอัดแล้วกลับไปที่รูปร่างดั้งเดิมหลังจากที่โหลดถูกลบออก การเปลี่ยนรูปแบบพลาสติกคือการเสียรูปแบบถาวรซึ่งส่วนประกอบหรือวัสดุเปลี่ยนรูปร่างหลังจากใช้แรง
ความแข็งแรงของผลผลิตมักใช้เพื่อกำหนดความแข็งแรงของวัสดุเพราะในกรณีส่วนใหญ่เมื่อส่วนประกอบมีการเปลี่ยนรูปมันจะไม่สามารถใช้งานได้อีกต่อไป ในแง่ของคุณสมบัติเชิงกลความแข็งแรงของผลผลิตเป็นหนึ่งในคุณสมบัติที่สำคัญที่สุดเมื่อระบุวัสดุสำหรับโครงการหรือส่วนประกอบ
แรงดึงคืออะไร?
ความแข็งแรงแรงดึงมักจะย่อเป็น UTS เป็นตัวชี้วัดว่าวัสดุสามารถทนต่อความเครียดได้มากน้อยเพียงใดก่อนที่จะทำลาย สำหรับเหล็กนี่คือ 130-140% ของความแข็งแรงของผลผลิต
จุด UTS ไม่ใช่จุดที่วัสดุแตก แต่เป็นจุดที่ความเครียดในการเปลี่ยนแปลงของวัสดุจากการเปลี่ยนรูปแบบสม่ำเสมอทั่วโลกไปสู่การเสียรูปแบบที่แปลเป็นภาษาท้องถิ่น
ความแตกต่างระหว่างความแข็งแรงของผลผลิตและแรงดึงคืออะไร?
ความแข็งแรงของผลผลิตคือจุดที่วัสดุเริ่มเปลี่ยนรูปแบบพลาสติกซึ่งหมายความว่ามันโค้งงอหรือยืดในขณะที่ความต้านทานแรงดึงเป็นความเครียดสูงสุดที่วัสดุสามารถทนได้
ในขณะที่ปัจจัยทั้งสองมีความสำคัญความแข็งแรงของผลผลิตมักใช้กันมากขึ้นเมื่อระบุวัสดุสำหรับส่วนประกอบ นี่เป็นเพราะเมื่อวัสดุเกินกว่าจุดเปลี่ยนรูปพลาสติกมันไม่สามารถใช้งานได้อีกต่อไป โดยทั่วไปแล้วส่วนประกอบที่ออกแบบมาอย่างดีมักจะเน้นเพียง 50% ของความแข็งแรงของผลผลิตในการให้บริการขึ้นอยู่กับการใช้งานและปัจจัยด้านความปลอดภัย
แรงดึงสูงกว่าความแข็งแรงของผลผลิตหรือไม่?
ในวัสดุเช่นเหล็กอ่อนความแข็งแรงของผลผลิตอยู่ที่ 30-40% ต่ำกว่าแรงดึง แต่นี่ไม่เป็นความจริงสำหรับโลหะทั้งหมด ในวัสดุที่เปราะเช่นเหล็กคาร์บอนสูงความต้านทานแรงดึงสูงกว่าความแข็งแรงของผลผลิตเพียงเล็กน้อยเท่านั้นเนื่องจากวัสดุขาดความเหนียวและดังนั้นจึงไม่เปลี่ยนรูปก่อนที่จะแตก
ความแข็งแรงของผลผลิตและความต้านทานแรงดึงเป็นอย่างไร?
แรงดึงและความแข็งแรงของผลผลิตเป็นความเครียดทางวิศวกรรมที่วัดเป็นแรงต่อหน่วยพื้นที่โดยปกติจะอยู่ในปอนด์ต่อตารางนิ้ว (PSI) ในอเมริกาเหนือและในปาสคอลหรือเมกะกาสในระบบระหว่างประเทศ การทดสอบมาตรฐานเป็นเรื่องปกติโดยใช้ตัวอย่างทดสอบแบบแบนหรือแบบกลม
เครื่องทดสอบแบบไฮดรอลิกหรือสกรูยืดตัวอย่างของชิ้นงานในขณะที่บันทึกความเครียดและความเครียดที่เกิดขึ้น โลหะที่เป็นเนื้อเดียวกันส่วนใหญ่มีความสัมพันธ์ระหว่างความเครียดเชิงเส้นความเครียดจนถึงจุดความแข็งแรงของผลผลิต
ความแข็งแรงของผลผลิตของวัสดุทั่วไปคืออะไร?
ความแข็งแรงของวัสดุขึ้นอยู่กับองค์ประกอบการผสมเฉพาะที่มีอยู่ นี่คือตัวอย่างของผลผลิตและแรงดึงของวัสดุวิศวกรรมทั่วไป:
| วัสดุ | ความแข็งแรงของผลผลิต (MPA) | แรงดึง (MPA) |
|---|---|---|
| อลูมิเนียม | 35 | 90 |
| ทองแดง | 69 | 200 |
| ทองเหลือง | 75 | 300 |
| เหล็กคาร์บอนต่ำ | 355 | 490 |
| 1095 เหล็กคาร์บอนสูง | 800 | 1270 |
| 304 สแตนเลส | 241 | 586 |
| โมลิบดีนัม | 565 | 655 |
อย่างที่คุณเห็นวัสดุเหนียวเช่นอลูมิเนียมและทองแดงมีช่องว่างขนาดใหญ่ระหว่างผลผลิตและแรงดึงในขณะที่วัสดุที่เปราะเช่นเหล็กกล้าเครื่องมือคาร์บอนสูงมีสิ่งที่ตรงกันข้าม
ข้อเท็จจริงเกี่ยวกับความต้านทานแรงดึง
ทังสเตนมีความต้านทานแรงดึงสูงสุดของโลหะทั้งหมดที่ประมาณ 980 MPa
โลหะที่มีความเหนียวมากเช่นทองคำมีความแข็งแรงของผลผลิตสูงกว่าความต้านทานแรงดึงเพราะคอที่ความเครียดต่ำกว่า แต่สามารถยืดได้มากกว่าโลหะเช่นเหล็ก
แม้ว่าสไปเดอร์ไหมมีความต้านทานแรงดึงเพียง 1.5 GPa แต่ก็แข็งแกร่งกว่าเหล็กกล้าด้วยน้ำหนักห้าเท่า
