ધાતુની સામગ્રીના યાંત્રિક ગુણધર્મોનો સારાંશ

તાકાતના તાણ પરીક્ષણનો ઉપયોગ મુખ્યત્વે સ્ટ્રેચિંગ પ્રક્રિયા દરમિયાન નુકસાનનો પ્રતિકાર કરવા માટે મેટલ સામગ્રીની ક્ષમતા નક્કી કરવા માટે થાય છે, અને તે સામગ્રીના યાંત્રિક ગુણધર્મોનું મૂલ્યાંકન કરવા માટે એક મહત્વપૂર્ણ સૂચક છે.

1. તાણ પરીક્ષણ

ટેન્સિલ ટેસ્ટ મટીરીયલ મિકેનિક્સના મૂળભૂત સિદ્ધાંતો પર આધારિત છે. ચોક્કસ પરિસ્થિતિઓમાં સામગ્રીના નમૂના પર તાણયુક્ત ભાર લાગુ કરીને, તે નમૂના તૂટી જાય ત્યાં સુધી તાણના વિરૂપતાનું કારણ બને છે. પરીક્ષણ દરમિયાન, વિવિધ લોડ હેઠળ પ્રાયોગિક નમૂનાનું વિરૂપતા અને જ્યારે નમૂનાના વિરામ રેકોર્ડ કરવામાં આવે ત્યારે મહત્તમ ભાર, જેથી ઉપજની શક્તિ, તાણ શક્તિ અને સામગ્રીના અન્ય પ્રદર્શન સૂચકાંકોની ગણતરી કરી શકાય.

તણાવ σ = F/A

σ એ તાણ શક્તિ (MPa) છે

F એ તાણ ભાર (N) છે

A એ નમૂનાનો ક્રોસ-વિભાગીય વિસ્તાર છે

2. તાણ વળાંક

સ્ટ્રેચિંગ પ્રક્રિયાના કેટલાક તબક્કાઓનું વિશ્લેષણ:

a ઓપી સ્ટેજમાં નાના લોડ સાથે, વિસ્તરણ એ લોડ સાથે રેખીય સંબંધમાં હોય છે, અને સીધી રેખા જાળવવા માટે Fp એ મહત્તમ ભાર છે.

b ભાર Fp કરતાં વધી જાય પછી, તાણ વળાંક બિન-રેખીય સંબંધ લેવાનું શરૂ કરે છે. નમૂના પ્રારંભિક વિરૂપતા તબક્કામાં પ્રવેશ કરે છે, અને ભાર દૂર કરવામાં આવે છે, અને નમૂના તેની મૂળ સ્થિતિમાં પાછા આવી શકે છે અને સ્થિતિસ્થાપક રીતે વિકૃત થઈ શકે છે.

c લોડ Fe કરતાં વધી જાય પછી, લોડ દૂર કરવામાં આવે છે, વિરૂપતાનો ભાગ પુનઃસ્થાપિત થાય છે, અને શેષ વિરૂપતાનો ભાગ જાળવી રાખવામાં આવે છે, જેને પ્લાસ્ટિક વિરૂપતા કહેવામાં આવે છે. Fe ને સ્થિતિસ્થાપક મર્યાદા કહેવામાં આવે છે.

ડી. જ્યારે ભાર વધુ વધે છે, ત્યારે તાણ વળાંક લાકડાંઈ નો વહેર બતાવે છે. જ્યારે ભાર વધતો નથી અથવા ઘટતો નથી, ત્યારે પ્રાયોગિક નમૂનાના સતત વિસ્તરણની ઘટનાને ઉપજ કહેવામાં આવે છે. ઉપજ આપ્યા પછી, નમૂના સ્પષ્ટ પ્લાસ્ટિક વિકૃતિમાંથી પસાર થવાનું શરૂ કરે છે.

ઇ. ઉપજ આપ્યા પછી, નમૂના વિરૂપતા પ્રતિકાર, વર્ક સખ્તાઇ અને વિરૂપતા મજબૂતીકરણમાં વધારો દર્શાવે છે. જ્યારે ભાર Fb સુધી પહોંચે છે, ત્યારે નમૂનાનો સમાન ભાગ ઝડપથી સંકોચાય છે. Fb એ તાકાત મર્યાદા છે.

f સંકોચનની ઘટના નમૂનાની બેરિંગ ક્ષમતામાં ઘટાડો તરફ દોરી જાય છે. જ્યારે ભાર Fk સુધી પહોંચે છે, ત્યારે નમૂના તૂટી જાય છે. તેને ફ્રેક્ચર લોડ કહેવામાં આવે છે.

યીલ્ડ સ્ટ્રેન્થ

ઉપજ શક્તિ એ મહત્તમ તાણ મૂલ્ય છે જે ધાતુની સામગ્રી પ્લાસ્ટિકના વિરૂપતાની શરૂઆતથી સંપૂર્ણ અસ્થિભંગ સુધી જ્યારે બાહ્ય બળને આધિન હોય ત્યારે ટકી શકે છે. આ મૂલ્ય નિર્ણાયક બિંદુને ચિહ્નિત કરે છે જ્યાં સામગ્રી સ્થિતિસ્થાપક વિકૃતિ તબક્કામાંથી પ્લાસ્ટિક વિરૂપતા તબક્કામાં સંક્રમણ કરે છે.

વર્ગીકરણ

ઉપલા ઉપજની તાકાત: પ્રથમ વખત જ્યારે ઉપજ આવે ત્યારે બળ ઘટે તે પહેલાં નમૂનાના મહત્તમ તાણનો ઉલ્લેખ કરે છે.

નીચી ઉપજ શક્તિ: જ્યારે પ્રારંભિક ક્ષણિક અસરને અવગણવામાં આવે છે ત્યારે ઉપજના તબક્કામાં લઘુત્તમ તણાવનો ઉલ્લેખ કરે છે. નિમ્ન ઉપજ બિંદુનું મૂલ્ય પ્રમાણમાં સ્થિર હોવાથી, તે સામાન્ય રીતે સામગ્રીના પ્રતિકારના સૂચક તરીકે ઉપયોગમાં લેવાય છે, જેને ઉપજ બિંદુ અથવા ઉપજ શક્તિ કહેવાય છે.

ગણતરી સૂત્ર

ઉપલા ઉપજની મજબૂતાઈ માટે: R = F/Sₒ, જ્યાં F એ સૌથી વધુ બળ છે જ્યારે ઉપજના તબક્કામાં પ્રથમ વખત બળ ઘટે છે અને Sₒ એ નમૂનાનો મૂળ ક્રોસ-વિભાગીય વિસ્તાર છે.

નીચી ઉપજ શક્તિ માટે: R = F/Sₒ, જ્યાં F એ પ્રારંભિક ક્ષણિક અસરને અવગણીને લઘુત્તમ બળ F છે, અને Sₒ એ નમૂનાનો મૂળ ક્રોસ-વિભાગીય વિસ્તાર છે.

એકમ

ઉપજ શક્તિનું એકમ સામાન્ય રીતે MPa (મેગાપાસ્કલ) અથવા N/mm² (ન્યુટન પ્રતિ ચોરસ મિલીમીટર) છે.

ઉદાહરણ

ઉદાહરણ તરીકે લો કાર્બન સ્ટીલ લો, તેની ઉપજ મર્યાદા સામાન્ય રીતે 207MPa છે. જ્યારે આ મર્યાદા કરતાં વધુ બાહ્ય બળને આધિન કરવામાં આવે છે, ત્યારે ઓછી કાર્બન સ્ટીલ કાયમી વિકૃતિ પેદા કરશે અને તેને પુનઃસ્થાપિત કરી શકાશે નહીં; જ્યારે આ મર્યાદા કરતા ઓછા બાહ્ય બળને આધિન કરવામાં આવે છે, ત્યારે ઓછી કાર્બન સ્ટીલ તેની મૂળ સ્થિતિમાં પાછી આવી શકે છે.

ધાતુની સામગ્રીના યાંત્રિક ગુણધર્મોનું મૂલ્યાંકન કરવા માટે ઉપજની શક્તિ એ એક મહત્વપૂર્ણ સૂચક છે. જ્યારે બાહ્ય દળોને આધિન હોય ત્યારે તે પ્લાસ્ટિકના વિરૂપતાને પ્રતિકાર કરવાની સામગ્રીની ક્ષમતાને પ્રતિબિંબિત કરે છે.

તાણ શક્તિ

તાણ શક્તિ એ તાણયુક્ત ભાર હેઠળ નુકસાનનો પ્રતિકાર કરવાની સામગ્રીની ક્ષમતા છે, જે ખાસ કરીને તાણ પ્રક્રિયા દરમિયાન સામગ્રી ટકી શકે તેવા મહત્તમ તાણ મૂલ્ય તરીકે વ્યક્ત કરવામાં આવે છે. જ્યારે સામગ્રી પરનો તાણ તણાવ તેની તાણ શક્તિ કરતાં વધી જાય છે, ત્યારે સામગ્રી પ્લાસ્ટિક વિરૂપતા અથવા અસ્થિભંગમાંથી પસાર થશે.

ગણતરી સૂત્ર

તાણ શક્તિ (σt) માટે ગણતરી સૂત્ર છે:

σt = F/A

જ્યાં F એ મહત્તમ તાણ બળ (ન્યુટન, N) છે જે તૂટતા પહેલા નમૂનો ટકી શકે છે, અને A એ નમૂનાનો મૂળ ક્રોસ-વિભાગીય વિસ્તાર છે (ચોરસ મિલીમીટર, mm²).

એકમ

તાણ શક્તિનું એકમ સામાન્ય રીતે MPa (મેગાપાસ્કલ) અથવા N/mm² (ન્યુટન પ્રતિ ચોરસ મિલીમીટર) હોય છે. 1 MPa એ 1,000,000 ન્યૂટન પ્રતિ ચોરસ મીટર છે, જે 1 N/mm² ની પણ બરાબર છે.

પ્રભાવિત પરિબળો

તાણ શક્તિ ઘણા પરિબળોથી પ્રભાવિત થાય છે, જેમાં રાસાયણિક રચના, માઇક્રોસ્ટ્રક્ચર, હીટ ટ્રીટમેન્ટ પ્રક્રિયા, પ્રોસેસિંગ પદ્ધતિ વગેરેનો સમાવેશ થાય છે. વિવિધ સામગ્રીમાં વિવિધ તાણ શક્તિ હોય છે, તેથી વ્યવહારિક એપ્લિકેશનમાં, યાંત્રિક ગુણધર્મોના આધારે યોગ્ય સામગ્રી પસંદ કરવી જરૂરી છે. સામગ્રી

વ્યવહારુ એપ્લિકેશન

સામગ્રી વિજ્ઞાન અને ઇજનેરી ક્ષેત્રે તાણ શક્તિ એ ખૂબ જ મહત્વપૂર્ણ પરિમાણ છે, અને તેનો ઉપયોગ ઘણીવાર સામગ્રીના યાંત્રિક ગુણધર્મોનું મૂલ્યાંકન કરવા માટે થાય છે. માળખાકીય ડિઝાઇન, સામગ્રીની પસંદગી, સલામતી મૂલ્યાંકન વગેરેના સંદર્ભમાં, તાણ શક્તિ એ એક પરિબળ છે જેને ધ્યાનમાં લેવું આવશ્યક છે. ઉદાહરણ તરીકે, બાંધકામ ઇજનેરીમાં, સ્ટીલની તાણ શક્તિ એ નિર્ધારિત કરવા માટે એક મહત્વપૂર્ણ પરિબળ છે કે તે ભારને ટકી શકે છે કે કેમ; એરોસ્પેસના ક્ષેત્રમાં, હળવા વજનની અને ઉચ્ચ-શક્તિની સામગ્રીની તાણ શક્તિ એ એરક્રાફ્ટની સલામતીને સુનિશ્ચિત કરવાની ચાવી છે.

થાક શક્તિ:

ધાતુનો થાક એ પ્રક્રિયાનો ઉલ્લેખ કરે છે જેમાં સામગ્રી અને ઘટકો ચક્રીય તણાવ અથવા ચક્રીય તાણ હેઠળ એક અથવા ઘણી જગ્યાએ ધીમે ધીમે સ્થાનિક કાયમી સંચિત નુકસાન ઉત્પન્ન કરે છે અને ચોક્કસ સંખ્યાના ચક્ર પછી તિરાડો અથવા અચાનક સંપૂર્ણ અસ્થિભંગ થાય છે.

લક્ષણો

સમયની અચાનકતા: ધાતુની થાક નિષ્ફળતા ઘણીવાર સ્પષ્ટ સંકેતો વિના ટૂંકા ગાળામાં અચાનક થાય છે.

સ્થાનમાં સ્થાન: થાક નિષ્ફળતા સામાન્ય રીતે સ્થાનિક વિસ્તારોમાં થાય છે જ્યાં તણાવ કેન્દ્રિત છે.

પર્યાવરણ અને ખામીઓ પ્રત્યે સંવેદનશીલતા: ધાતુનો થાક પર્યાવરણ અને સામગ્રીની અંદરની નાની ખામીઓ પ્રત્યે ખૂબ જ સંવેદનશીલ હોય છે, જે થાક પ્રક્રિયાને વેગ આપે છે.

પ્રભાવિત પરિબળો

તણાવ કંપનવિસ્તાર: તણાવની તીવ્રતા મેટલના થાક જીવનને સીધી અસર કરે છે.

સરેરાશ તાણની તીવ્રતા: સરેરાશ તાણ જેટલું વધારે છે, ધાતુનું થાક જીવન ટૂંકું છે.

ચક્રની સંખ્યા: જેટલી વખત ધાતુ ચક્રીય તાણ અથવા તાણ હેઠળ હોય છે, તેટલી વધુ ગંભીર થાકના નુકસાનનું સંચય થાય છે.

નિવારક પગલાં

સામગ્રીની પસંદગીને ઑપ્ટિમાઇઝ કરો: ઉચ્ચ થાક મર્યાદા સાથે સામગ્રી પસંદ કરો.

તાણની સાંદ્રતા ઘટાડવી: માળખાકીય ડિઝાઇન અથવા પ્રક્રિયા પદ્ધતિઓ દ્વારા તાણની સાંદ્રતામાં ઘટાડો, જેમ કે ગોળાકાર ખૂણાના સંક્રમણોનો ઉપયોગ કરવો, ક્રોસ-વિભાગીય પરિમાણો વધારવો વગેરે.

સપાટીની સારવાર: સપાટીની ખામીઓ ઘટાડવા અને થાકની શક્તિ સુધારવા માટે ધાતુની સપાટી પર પોલિશિંગ, છંટકાવ વગેરે.

નિરીક્ષણ અને જાળવણી: તિરાડો જેવી ખામીઓને તાત્કાલિક શોધવા અને સુધારવા માટે ધાતુના ઘટકોનું નિયમિતપણે નિરીક્ષણ કરો; થાકની સંભાવના ધરાવતા ભાગોને જાળવો, જેમ કે પહેરવામાં આવેલા ભાગોને બદલવા અને નબળા કડીઓને મજબૂત કરવા.

મેટલ થાક એ સામાન્ય ધાતુની નિષ્ફળતાની સ્થિતિ છે, જે અચાનક, સ્થાનિકતા અને પર્યાવરણ પ્રત્યે સંવેદનશીલતા દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે. તાણનું કંપનવિસ્તાર, સરેરાશ તાણની તીવ્રતા અને ચક્રની સંખ્યા એ ધાતુના થાકને અસર કરતા મુખ્ય પરિબળો છે.

SN વળાંક: વિવિધ તણાવ સ્તરો હેઠળ સામગ્રીના થાક જીવનનું વર્ણન કરે છે, જ્યાં S તણાવનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે અને N તણાવ ચક્રની સંખ્યાને રજૂ કરે છે.

થાક શક્તિ ગુણાંક સૂત્ર:

(Kf = Ka \cdot Kb \cdot Kc \cdot Kd \cdot Ke)

જ્યાં (Ka) એ લોડ ફેક્ટર છે, (Kb) એ કદનું પરિબળ છે, (Kc) એ તાપમાનનું પરિબળ છે, (Kd) એ સપાટીની ગુણવત્તાનું પરિબળ છે, અને (Ke) એ વિશ્વસનીયતા પરિબળ છે.

SN વળાંક ગાણિતિક અભિવ્યક્તિ:

(\sigma^m N = C)

જ્યાં (\સિગ્મા) તણાવ છે, N એ તણાવ ચક્રની સંખ્યા છે, અને m અને C ભૌતિક સ્થિરાંકો છે.

ગણતરીના પગલાં

સામગ્રી સ્થિરાંકો નક્કી કરો:

પ્રયોગો દ્વારા અથવા સંબંધિત સાહિત્યનો સંદર્ભ લઈને m અને C ના મૂલ્યો નક્કી કરો.

તણાવ એકાગ્રતા પરિબળ નક્કી કરો: ભાગનો વાસ્તવિક આકાર અને કદ, તેમજ ફિલેટ્સ, કીવે વગેરેને કારણે તણાવની સાંદ્રતા ધ્યાનમાં લો, તણાવ એકાગ્રતા પરિબળ K નક્કી કરો. થાકની શક્તિની ગણતરી કરો: SN વળાંક અને તણાવ અનુસાર એકાગ્રતા પરિબળ, ભાગની ડિઝાઇન જીવન અને કાર્યકારી તણાવ સ્તર સાથે મળીને, થાકની શક્તિની ગણતરી કરે છે.

2. પ્લાસ્ટિકિટી:

પ્લાસ્ટિસિટી એ સામગ્રીની મિલકતનો સંદર્ભ આપે છે જે, જ્યારે બાહ્ય બળને આધિન હોય ત્યારે, જ્યારે બાહ્ય બળ તેની સ્થિતિસ્થાપક મર્યાદા કરતાં વધી જાય ત્યારે તૂટ્યા વિના કાયમી વિકૃતિ ઉત્પન્ન કરે છે. આ વિરૂપતા ઉલટાવી શકાય તેવું છે, અને બાહ્ય બળ દૂર કરવામાં આવે તો પણ સામગ્રી તેના મૂળ આકારમાં પાછી આવશે નહીં.

પ્લાસ્ટિસિટી ઇન્ડેક્સ અને તેની ગણતરી સૂત્ર

વિસ્તરણ (δ)

વ્યાખ્યા: વિસ્તરણ એ મૂળ ગેજ લંબાઈમાં નમૂનો ફ્રેક્ચર થયા પછી ગેજ વિભાગના કુલ વિકૃતિની ટકાવારી છે.

ફોર્મ્યુલા: δ = (L1 – L0) / L0 × 100%

જ્યાં L0 એ નમૂનાની મૂળ ગેજ લંબાઈ છે;

L1 એ નમૂનો તૂટી ગયા પછી ગેજ લંબાઈ છે.

વિભાગીય ઘટાડો (Ψ)

વ્યાખ્યા: સેગમેન્ટલ રિડક્શન એ નમૂનો મૂળ ક્રોસ-સેક્શનલ એરિયામાં તૂટ્યા પછી નેકીંગ પોઈન્ટ પર ક્રોસ-સેક્શનલ એરિયામાં મહત્તમ ઘટાડાની ટકાવારી છે.

ફોર્મ્યુલા: Ψ = (F0 – F1) / F0 × 100%

જ્યાં F0 એ નમૂનાનો મૂળ ક્રોસ-વિભાગીય વિસ્તાર છે;

F1 એ નમૂનો તૂટી ગયા પછી નેકીંગ પોઈન્ટ પરનો ક્રોસ-વિભાગીય વિસ્તાર છે.

3. કઠિનતા

ધાતુની કઠિનતા એ ધાતુની સામગ્રીની કઠિનતાને માપવા માટે યાંત્રિક ગુણધર્મ સૂચક છે. તે ધાતુની સપાટી પરના સ્થાનિક વોલ્યુમમાં વિરૂપતાનો પ્રતિકાર કરવાની ક્ષમતા સૂચવે છે.

ધાતુની કઠિનતાનું વર્ગીકરણ અને રજૂઆત

ધાતુની કઠિનતામાં વિવિધ પરીક્ષણ પદ્ધતિઓ અનુસાર વર્ગીકરણ અને રજૂઆત પદ્ધતિઓની વિવિધતા હોય છે. મુખ્યત્વે નીચેનાનો સમાવેશ થાય છે:

બ્રિનેલ કઠિનતા (HB):

એપ્લિકેશનનો અવકાશ: સામાન્ય રીતે જ્યારે સામગ્રી નરમ હોય ત્યારે ઉપયોગમાં લેવાય છે, જેમ કે નોન-ફેરસ ધાતુઓ, હીટ ટ્રીટમેન્ટ પહેલાં અથવા એનેલીંગ પછી સ્ટીલ.

પરીક્ષણ સિદ્ધાંત: પરીક્ષણ લોડના ચોક્કસ કદ સાથે, ચોક્કસ વ્યાસના સખત સ્ટીલ બોલ અથવા કાર્બાઇડ બોલને પરીક્ષણ કરવા માટે મેટલની સપાટી પર દબાવવામાં આવે છે, અને લોડને નિર્દિષ્ટ સમય પછી અનલોડ કરવામાં આવે છે, અને ઇન્ડેન્ટેશનનો વ્યાસ પરીક્ષણ કરવા માટેની સપાટી પર માપવામાં આવે છે.

ગણતરી સૂત્ર: બ્રિનેલ કઠિનતા મૂલ્ય એ ઇન્ડેન્ટેશનના ગોળાકાર સપાટીના વિસ્તાર દ્વારા ભારને વિભાજિત કરીને મેળવેલ ભાગ છે.

રોકવેલ કઠિનતા (HR):

એપ્લિકેશનનો અવકાશ: સામાન્ય રીતે ઉચ્ચ કઠિનતા ધરાવતી સામગ્રી માટે વપરાય છે, જેમ કે હીટ ટ્રીટમેન્ટ પછી કઠિનતા.

પરીક્ષણ સિદ્ધાંત: બ્રિનેલ કઠિનતા જેવું જ, પરંતુ વિવિધ ચકાસણીઓ (હીરા) અને વિવિધ ગણતરી પદ્ધતિઓનો ઉપયોગ કરીને.

પ્રકારો: એપ્લિકેશન પર આધાર રાખીને, HRC (ઉચ્ચ કઠિનતા સામગ્રી માટે), HRA, HRB અને અન્ય પ્રકારો છે.

વિકર્સ કઠિનતા (HV):

એપ્લિકેશનનો અવકાશ: માઇક્રોસ્કોપ વિશ્લેષણ માટે યોગ્ય.

પરીક્ષણ સિદ્ધાંત: 120kg કરતા ઓછા લોડ સાથે અને 136°ના શિરોબિંદુ કોણ સાથે ડાયમંડ સ્ક્વેર કોન ઇન્ડેન્ટર સાથે સામગ્રીની સપાટીને દબાવો, અને વિકર્સ કઠિનતા મૂલ્ય મેળવવા માટે લોડ મૂલ્ય દ્વારા સામગ્રી ઇન્ડેન્ટેશન પિટની સપાટીના વિસ્તારને વિભાજીત કરો.

લીબ કઠિનતા (HL):

લક્ષણો: પોર્ટેબલ કઠિનતા ટેસ્ટર, માપવા માટે સરળ.

પરીક્ષણ સિદ્ધાંત: કઠિનતા સપાટીને અસર કર્યા પછી ઇમ્પેક્ટ બોલ હેડ દ્વારા જનરેટ થયેલ બાઉન્સનો ઉપયોગ કરો, અને નમૂનાની સપાટીથી અસરની ઝડપ સુધી 1mm પર પંચની રીબાઉન્ડ ગતિના ગુણોત્તર દ્વારા કઠિનતાની ગણતરી કરો.