Alle metaller deformeres (strækkes eller komprimeres), når de er stressede, i større eller mindre grad. Denne deformation er det synlige tegn på metalbelastning kaldet metalbelastning og er mulig på grund af et kendetegn ved disse kaldte metaller duktilitet- deres evne til at være aflang eller reduceret i længden uden at bryde.
Beregning af stress
Stress er defineret som kraft pr. arealeenhed som vist i ligningen σ = F / A.
Stress er ofte repræsenteret af det græske bogstav sigma (σ) og udtrykt i newton pr. Kvadratmeter eller pascal (Pa). For større belastninger udtrykkes det i megapascal (106 eller 1 million Pa) eller gigapascal (109 eller 1 milliard Pa).
Kraft (F) er masse x acceleration, og så er 1 newton den nødvendige masse for at accelerere et objekt på 1 kg med en hastighed på 1 meter pr. Sekund i anden. Og området (A) i ligningen er specifikt det tværsnitsareal af metallet, der gennemgår stress.
Lad os sige, at en kraft på 6 newton påføres en stang med en diameter på 6 centimeter. Arealet af bjælkens tværsnit beregnes ved hjælp af formlen A = π r
2. Radius er halvdelen af diameteren, så radius er 3 cm eller 0,03 m, og arealet er 2.2826 x 10-3 m2.A = 3,14 x (0,03 m)2 = 3,14 x 0,0009 m2 = 0,002826 m2 eller 2.2826 x 10-3 m2
Nu bruger vi området og den kendte kraft i ligningen til beregning af stress:
σ = 6 newton / 2.2826 x 10-3 m2 = 2.123 newton / m2 eller 2.123 Pa.
Beregning af stamme
Stamme er størrelsen af deformation (enten strækning eller kompression) forårsaget af spændingen divideret med den oprindelige længde af metallet som vist i ligningen ε = dl / l0. Hvis der er en stigning i længden af et stykke metal på grund af spænding, kaldes det trækstamme. Hvis der er en reduktion i længden, kaldes det kompressionsstamme.
Stamme er ofte repræsenteret af det græske bogstav epsilon (ε), og i ligningen er dl ændringen i længde og l0 er den oprindelige længde.
Stamme har ingen måleenhed, fordi den er en længde divideret med en længde og udtrykkes derfor kun som et tal. For eksempel strækkes en ledning, der oprindeligt er 10 centimeter lang, til 11,5 centimeter; dens stamme er 0,15.
ε = 1,5 cm (ændringen i længde eller strækningsmængde) / 10 cm (indledende længde) = 0,15.
Duktile materialer
Nogle metaller, såsom rustfrit stål og mange andre legeringer, er duktile og giver efterspænding. Andre metaller, såsom støbejern, brister og bryder hurtigt under stress. Selvfølgelig svækker selv rustfrit stål endelig og går i stykker, hvis det bliver sat under nok stress.
Metaller som stål med lavt kulstofindhold bøjer snarere end at bryde under stress. På et bestemt niveau af stress når de imidlertid et godt forstået udbyttepunkt. Når de når det flydepunkt, bliver metallet stivningshærdet. Metallet bliver mindre duktilt og på en måde bliver hårdere. Men mens stivningshærdning gør det mindre let for metallet at deformere, gør det også metallet mere skørt. Skørt metal kan knække eller mislykkes ganske let.
Skøre materialer
Nogle metaller er iboende sprøde, hvilket betyder, at de er særligt tilbøjelige til at briste. Skøre metaller inkluderer højkulstofstål. I modsætning til duktile materialer har disse metaller ikke et veldefineret flydepunkt. I stedet når de når et bestemt stressniveau, bryder de.
Skøre metaller opfører sig meget som andre skøre materialer som glas og beton. Ligesom disse materialer er de stærke på bestemte måder - men fordi de ikke kan bøjes eller strækkes, er de ikke egnede til bestemte anvendelser.
Metal træthed
Når duktile metaller er stressede, deformeres de. Hvis spændingen fjernes, før metallet når sit flydepunkt, vender metallet tilbage til sin tidligere form. Mens metallet ser ud til at være vendt tilbage til sin oprindelige tilstand, har der dog opstå små fejl på molekylært niveau.
Hver gang metallet deformeres og derefter vender tilbage til sin oprindelige form, opstår der flere molekylære fejl. Efter mange deformationer er der så mange molekylære fejl, at metallet revner. Når der dannes nok revner til, at de kan smelte sammen, opstår der irreversibel metaludmattelse.