Что такое удлинение при разрыве?

Удлинение при разрыве представляет собой безразмерную величину, обычно выражаемую в процентах. Удлинение выражается в процентах, потому что оно описывает увеличение длины материала по отношению к его начальной длине в точке разрушения при растяжении. Пластичность или растяжимость различных материалов можно легко сравнить с помощью этого показателя удлинения.

Как обычно измеряется удлинение при разрыве?

Удлинение измеряется как часть данных, собранных во время испытания на растяжение. Испытания на растяжение проводятся на универсальных испытательных машинах.

Из испытуемого материала изготавливают испытательный образец одного из нескольких стандартных размеров и форм.

К испытательному образцу присоединен экстензометр для получения данных об изменении длины.

Испытание продолжается до тех пор, пока образец не сломается, при этом прибор непрерывно записывает показания деформации с экстензометра по мере того, как машина прикладывает возрастающее растягивающее усилие.

Какие виды материалов обычно испытывают на удлинение при разрыве?

Ниже приведены некоторые из материалов, которые обычно испытывают на удлинение при разрыве:

1. Сталь

Чтобы установить свойства материала, необходимые для проектирования и контроля качества, необходимо провести механические испытания, включая испытание на растяжение.

Чтобы гарантировать безопасность и надежность готового продукта, необходим надлежащий контроль свойств металла и профессиональные методы соединения. Как правило, удлинение при разрыве различных стальных сплавов находится в диапазоне 10-20%.

2. Текстиль

Натуральные волокна, такие как хлопок, шерсть и шелк, а также синтетические волокна, такие как полиэстер, нейлон и вискоза, могут использоваться для создания текстиля.

Каждый тип волокна имеет определенные характеристики, которые могут влиять на удлинение при разрыве готового текстильного материала.

Хлопковые волокна обычно имеют разрывное удлинение в пределах 4-8%. Это значительно меньше, чем у шерстяного волокна, которое обычно имеет разрывное удлинение от 25% до 45%.

Точно так же полиэфирные волокна имеют коэффициент удлинения, который значительно выше, чем у хлопка, и составляет более 50%.

3. Металлы

На результаты испытаний металлов на удлинение при разрыве может влиять ряд переменных, включая температуру, состав и холодную обработку.

На пластичность и ударную вязкость металлов, а также на другие механические характеристики могут влиять изменения температуры.

Состав металла, например наличие легирующих элементов, также может влиять на его удлинение при разрыве.

Прочность металлов можно увеличить с помощью процессов холодной обработки, таких как прокатка или ковка, но это также может снизить пластичность металлов и относительное удлинение при разрыве. Удлинение при разрыве типичного алюминиевого сплава и чистой меди составляет 17 % и 60 % соответственно.

4. Полимеры

Как синтетические, так и натуральные полимерные материалы имеют длинноцепочечные молекулы, состоящие из повторяющихся звеньев. ПВХ, полистирол, Teflon™ и полиэтилен — вот некоторые примеры полимеров.

При проведении испытаний на удлинение при разрыве потенциально большая пластическая деформация, возникающая при растяжении, обычно устраняется путем тщательного контроля условий испытаний, таких как скорость нагружения и температура.

Кроме того, испытуемые образцы имеют определенную форму и размер, например форму собачьей кости, чтобы обеспечить стабильные и воспроизводимые результаты.

Деформация и поведение материала при разрушении также могут быть охарактеризованы с использованием таких методов, как кривые напряжение-деформация и анализ механики разрушения.

Однако, как правило, это свойство определяется тем, что материал подвергается контролируемому растягивающему напряжению до тех пор, пока он не достигнет предела прочности. Жесткий поливинилхлорид (ПВХ) имеет удлинение при разрыве 25–58 %, по сравнению с 1–70 % полистирола, 40–650 % Teflon™ и 300–900 % полиэтилена.

5. Резиновые материалы

Резина хорошо известна своей способностью значительно растягиваться перед тем, как сломаться. Некоторые эластомеры более способны к растяжению, чем другие.

Натуральный каучук, например, может удлиняться до 700%, прежде чем разорвется при максимальном удлинении. С другой стороны, фторэластомеры имеют предел удлинения 300%.

Двумя основными типами резиновых материалов являются натуральный каучук и синтетический каучук.

Оба типа резиновых материалов проходят испытания на удлинение при разрыве, потому что это важнейшее механическое свойство, определяющее, подходят ли резиновые материалы для конкретных применений.

Зажим образца резинового материала в двух точках, а затем приложение растягивающей силы до разрыва образца составляет процедуру испытания.

Какие факторы могут повлиять на значения удлинения при разрыве?

Следующие переменные могут влиять на значения удлинения материала при разрыве:

1. Температура . Более высокие температуры вызывают большее удлинение при разрыве.
2. Тестирование скорости . Более высокие значения достигаются за счет релаксации полимера во время медленного тестирования.
3. Содержание наполнителя в композитах . Удлинение композитов при разрыве уменьшается по мере увеличения содержания наполнителя.
4. Ориентация волокон . На значения удлинения при разрыве материала может существенно влиять ориентация волокон внутри него. Например, материалы с выровненными волокнами (например, однонаправленные композиты) обычно имеют более высокие значения удлинения при разрыве вдоль направления волокон и более низкие значения в поперечном направлении. С другой стороны, в беспорядочно ориентированных волокнах удлинение при разрыве более изотопно.

Как химический состав материала влияет на его удлинение при разрыве?

На удлинение материала при разрыве может существенно влиять его химический состав.

Например, присутствие придающих жесткость наполнителей или сшивающих агентов может уменьшить удлинение при разрыве термопластов. Присутствие пластификаторов или смягчителей может увеличить гибкость материала.

Общие стандарты испытаний для измерения удлинения при разрыве

Для расчета удлинения при разрыве доступно несколько широко используемых стандартов испытаний, в том числе:

1. ISO 527-1/2 — Пластмассы: Определение свойств при растяжении: Предлагает инструкции по оценке характеристик растяжения пластмасс, включая удлинение при разрыве.
2. ASTM D882 — Стандартный метод испытаний на растяжение тонкой пластиковой пленки. В этом стандарте описан метод измерения характеристик растяжения тонкой пластиковой пленки, включая удлинение при разрыве.
3. ISO 37:2017 — Резина, вулканизированная или термопластическая. Определение характеристик напряжения-деформации при растяжении. Содержит инструкции по оценке характеристик растяжения резины и других эластомеров, включая удлинение при разрыве.
4. ASTM D638 — Стандартный метод испытаний свойств пластмасс на растяжение: содержит инструкции по расчету удлинения при разрыве и измерению прочности на растяжение пластмасс и других полимерных материалов. Кроме того, он устанавливает стандарты точности для используемых инструментов и тестовых кадров.

Как удлинение при разрыве связано с пределом прочности?

Прочность на растяжение оценивает способность материала выдерживать растягивающие усилия до разрыва, тогда как удлинение при разрыве оценивает способность материала пластически деформироваться перед разрушением.

Материалы с более низкой прочностью на растяжение обычно имеют более высокие значения удлинения при разрыве.

Как удлинение при разрыве связано с пределом текучести?

Хотя и предел текучести, и удлинение при разрыве являются механическими свойствами материала, они измеряют разные вещи.

Предел текучести материала — это напряжение, при котором он начинает пластически деформироваться при растяжении, тогда как удлинение при разрыве показывает, какая общая деформация происходит до разрыва материала.

Материалы с высоким пределом текучести обычно имеют низкое удлинение при разрыве, и наоборот.

Это связано с тем, что материалы с высоким пределом текучести обычно имеют меньше атомарно-подвижных дислокаций и/или меньше систем скольжения для движения дислокаций.

Закрепление дислокаций обычно приводит к повышению прочности и снижению пластичности. С другой стороны, материалы с низким пределом текучести обычно более пластичны и могут выдерживать большую деформацию до разрушения.

Как удлинение при разрыве используется в 3D-печати?

Инженеры, разрабатывающие детали для 3D-печати, учитывают удлинение при разрыве различных материалов-кандидатов, чтобы выбрать лучший для конкретного применения. Чтобы создавать прочные печатные объекты, способные выдерживать нагрузки, с которыми они могут столкнуться при использовании, необходимо иметь полное представление о пластичности материала.

В 3D-печати FDM (моделирование методом наплавления) удлинение при разрыве зависит от ориентации напечатанной детали.

Отпечатки FDM анизотропны, что означает, что они имеют различные физические характеристики в разных направлениях.

Следовательно, детали FDM имеют разные значения удлинения при разрыве в зависимости от направления вытягивания.

Например, деталь, вытянутая перпендикулярно слоям печати, будет иметь другое удлинение при разрыве, чем часть, вытянутая параллельно слоям печати.

Как удлинение при разрыве может оптимизировать 3D-дизайн изделия?

Удлинение при разрыве может оптимизировать 3D-дизайн продукта следующими способами:

1. Это обеспечивает большую гибкость дизайна и производство сложных геометрических форм без ущерба для структурной целостности.
2. Это помогает материалу лучше противостоять ударам. Это результат повышенной пластичности.
3. Конструкторы могут уменьшить толщину компонентов, сохранив целостность конструкции, используя более пластичные материалы. В результате меньше материальных отходов и веса, что может сэкономить деньги.
4. При использовании в производственных процессах, таких как ковка и прокатка, материалы с высокой пластичностью легче формовать и формировать. Это может повысить эффективность производства, снизить затраты и улучшить качество готовой продукции.

Каково удлинение при разрыве различных материалов для 3D-печати?

Удлинение при разрыве различных материалов для 3D-печати может значительно различаться в зависимости от конкретного материала и его состава.

Для широко используемых материалов для 3D-печати предусмотрены следующие общие диапазоны значений удлинения при разрыве:

1. PLA (полимолочная кислота): 5-10%
2. ABS (акрилонитрилбутадиенстирол): 5-50%
3. ПЭТГ (ПЭТ, модифицированный гликолем): 58-110%
4. ТПУ (термопластичный полиуретан): 400-700%
5. Нейлон: 5-120%

Важно иметь в виду, что эти значения представляют собой общие диапазоны и могут меняться в зависимости от точного состава материала и условий печати.

Имеет ли значение удлинение при разрыве при выборе материалов для 3D-печати?

Да, удлинение при разрыве важно учитывать при выборе материалов для 3D-печати, потому что оно показывает, насколько гибок материал до того, как он сломается.

Это имеет решающее значение для деталей, которые могут подвергаться нагрузкам или ударам во время использования.

Прочность и долговечность напечатанной детали можно гарантировать, выбрав материал с надлежащим удлинением при разрыве.

Преимущества измерения удлинения при разрыве

К преимуществам измерения и учета удлинения при разрыве относятся:

1. Повышенная гибкость готового продукта
2. Большая свобода дизайна
3. Повышенная износостойкость и прочность
4. Снижение риска поломки
5. Улучшенная ударопрочность

Недостатки измерения удлинения при разрыве

Ограничения зависимости от удлинения при разрыве для руководства по техническому проектированию перечислены ниже:

1. Оно может не давать полной картины механических свойств материала.
2. Оно может неточно отражать способность материала выдерживать нагрузки с течением времени.
3. Факторы окружающей среды, такие как температура и влажность, могут существенно повлиять на результаты испытаний.
4. Оно измеряет только способность материала растягиваться перед разрывом, а не его общую прочность или долговечность.
5. Может варьироваться в зависимости от размера выборки и используемых условий тестирования

Указывает ли удлинение при разрыве, насколько материал может деформироваться перед разрывом?

Да, удлинение при разрыве показывает величину деформации, которую материал может выдержать до разрушения.

Это связано с тем, что удлинение материала при разрыве или пластичность является мерой его способности выдерживать пластическую деформацию без разрушения.

Материал, который может больше пластически деформироваться перед разрывом, более пластичен и имеет более высокое значение удлинения при разрыве.

Являются ли материалы с более высокими значениями удлинения при разрыве менее вероятными катастрофическими разрывам?

Да, материалы с более высокими значениями удлинения при разрыве, как правило, менее подвержены катастрофическому разрушению.

Это связано с тем, что они обладают большей способностью к пластической деформации без разрушения.

Это снижает вероятность внезапного и полного отказа, потому что эти материалы могут растягиваться больше, прежде чем сломаться под воздействием напряжения или напряжения.

Однако другие факторы, такие как прочность материала и условия окружающей среды, также могут влиять на разрушение материала.

В этой статье представлено удлинение при разрыве, объяснено, что это такое, а также рассмотрены способы его расчета и его преимущества.