ધાતુ સામગ્રીના યાંત્રિક ગુણધર્મોનો સારાંશ

તાકાતની તાણ પરીક્ષણ મુખ્યત્વે ખેંચાણ પ્રક્રિયા દરમિયાન ધાતુની સામગ્રીની નુકસાનનો પ્રતિકાર કરવાની ક્ષમતા નક્કી કરવા માટે વપરાય છે, અને તે સામગ્રીના યાંત્રિક ગુણધર્મોનું મૂલ્યાંકન કરવા માટેના મહત્વપૂર્ણ સૂચકોમાંનું એક છે.

૧. તાણ પરીક્ષણ

તાણ પરીક્ષણ સામગ્રી મિકેનિક્સના મૂળભૂત સિદ્ધાંતો પર આધારિત છે. ચોક્કસ પરિસ્થિતિઓમાં સામગ્રીના નમૂના પર તાણ ભાર લાગુ કરીને, તે નમૂના તૂટે ત્યાં સુધી તાણ વિકૃતિનું કારણ બને છે. પરીક્ષણ દરમિયાન, વિવિધ ભાર હેઠળ પ્રાયોગિક નમૂનાનું વિકૃતિકરણ અને નમૂના તૂટે ત્યારે મહત્તમ ભાર રેકોર્ડ કરવામાં આવે છે, જેથી સામગ્રીની ઉપજ શક્તિ, તાણ શક્તિ અને 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-સેક્શનલ વિસ્તાર છે

2. તાણ વળાંક

ખેંચાણ પ્રક્રિયાના અનેક તબક્કાઓનું વિશ્લેષણ:

a. નાના ભાર સાથે OP તબક્કામાં, વિસ્તરણ ભાર સાથે રેખીય સંબંધમાં હોય છે, અને Fp એ સીધી રેખા જાળવવા માટે મહત્તમ ભાર છે.

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

c. ભાર Fe કરતાં વધી જાય પછી, ભાર દૂર કરવામાં આવે છે, વિકૃતિનો એક ભાગ પુનઃસ્થાપિત કરવામાં આવે છે, અને શેષ વિકૃતિનો એક ભાગ જાળવી રાખવામાં આવે છે, જેને પ્લાસ્ટિક વિકૃતિ કહેવામાં આવે છે. Fe ને સ્થિતિસ્થાપક મર્યાદા કહેવામાં આવે છે.

d. જ્યારે ભાર વધુ વધે છે, ત્યારે તાણ વળાંક લાકડાંઈ નો વહેર દર્શાવે છે. જ્યારે ભાર વધતો કે ઘટતો નથી, ત્યારે પ્રાયોગિક નમૂનાના સતત વિસ્તરણની ઘટનાને યીલ્ડિંગ કહેવામાં આવે છે. યીલ્ડિંગ પછી, નમૂના સ્પષ્ટ પ્લાસ્ટિક વિકૃતિમાંથી પસાર થવાનું શરૂ કરે છે.

e. ઉપજ આપ્યા પછી, નમૂનામાં વિકૃતિ પ્રતિકાર, કાર્ય સખ્તાઇ અને વિકૃતિ મજબૂતીકરણમાં વધારો જોવા મળે છે. જ્યારે ભાર Fb સુધી પહોંચે છે, ત્યારે નમૂનાનો તે જ ભાગ ઝડપથી સંકોચાય છે. Fb એ શક્તિ મર્યાદા છે.

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

ઉપજ શક્તિ

ઉપજ શક્તિ એ મહત્તમ તાણ મૂલ્ય છે જે ધાતુની સામગ્રી પ્લાસ્ટિક વિકૃતિની શરૂઆતથી બાહ્ય બળના સંપર્કમાં આવે ત્યારે સંપૂર્ણ ફ્રેક્ચર સુધી ટકી શકે છે. આ મૂલ્ય તે મહત્વપૂર્ણ બિંદુને ચિહ્નિત કરે છે જ્યાં સામગ્રી સ્થિતિસ્થાપક વિકૃતિ તબક્કાથી પ્લાસ્ટિક વિકૃતિ તબક્કામાં સંક્રમણ કરે છે.

વર્ગીકરણ

ઉપજ શક્તિ: ઉપજ આપતી વખતે પહેલી વાર બળ ઘટે તે પહેલાં નમૂનાના મહત્તમ તાણનો ઉલ્લેખ કરે છે.

ઓછી ઉપજ શક્તિ: જ્યારે પ્રારંભિક ક્ષણિક અસરને અવગણવામાં આવે છે ત્યારે ઉપજ તબક્કામાં ન્યૂનતમ તણાવનો ઉલ્લેખ કરે છે. નીચલા ઉપજ બિંદુનું મૂલ્ય પ્રમાણમાં સ્થિર હોવાથી, તેનો ઉપયોગ સામાન્ય રીતે સામગ્રી પ્રતિકારના સૂચક તરીકે થાય છે, જેને ઉપજ બિંદુ અથવા ઉપજ શક્તિ કહેવામાં આવે છે.

ગણતરી સૂત્ર

ઉપલા ઉપજ શક્તિ માટે: R = F / Sₒ, જ્યાં F એ ઉપજ તબક્કામાં પ્રથમ વખત બળ ઘટે તે પહેલાં મહત્તમ બળ છે, અને Sₒ એ નમૂનાનો મૂળ ક્રોસ-સેક્શનલ વિસ્તાર છે.

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

એકમ

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

ઉદાહરણ

ઉદાહરણ તરીકે લો કાર્બન સ્ટીલ લો, તેની ઉપજ મર્યાદા સામાન્ય રીતે 207MPa હોય છે. જ્યારે આ મર્યાદા કરતા વધારે બાહ્ય બળનો સામનો કરવો પડે છે, ત્યારે લો કાર્બન સ્ટીલ કાયમી વિકૃતિ પેદા કરશે અને તેને પુનઃસ્થાપિત કરી શકાશે નહીં; જ્યારે આ મર્યાદા કરતા ઓછા બાહ્ય બળનો સામનો કરવો પડે છે, ત્યારે લો કાર્બન સ્ટીલ તેની મૂળ સ્થિતિમાં પાછું આવી શકે છે.

ધાતુ સામગ્રીના યાંત્રિક ગુણધર્મોનું મૂલ્યાંકન કરવા માટે ઉપજ શક્તિ એ એક મહત્વપૂર્ણ સૂચક છે. તે બાહ્ય દળોના સંપર્કમાં આવે ત્યારે પ્લાસ્ટિક વિકૃતિનો પ્રતિકાર કરવાની સામગ્રીની ક્ષમતાને પ્રતિબિંબિત કરે છે.

તાણ શક્તિ

તાણ શક્તિ એ તાણ 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 પર તાણ તાણ તેની તાણ શક્તિ કરતાં વધી જાય છે, ત્યારે સામગ્રી પ્લાસ્ટિક વિકૃતિ અથવા ફ્રેક્ચરમાંથી પસાર થશે.

ગણતરી સૂત્ર

તાણ શક્તિ (σt) માટે ગણતરી સૂત્ર છે:

σt = એફ / એ

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

એકમ

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

પ્રભાવિત પરિબળો

રાસાયણિક રચના, સૂક્ષ્મ રચના, ગરમીની સારવાર પ્રક્રિયા, પ્રક્રિયા પદ્ધતિ વગેરે સહિત ઘણા પરિબળો તાણ શક્તિને અસર કરે છે. વિવિધ સામગ્રીમાં વિવિધ તાણ શક્તિ હોય છે, તેથી વ્યવહારિક એપ્લિકેશનોમાં, સામગ્રીના યાંત્રિક ગુણધર્મોના આધારે યોગ્ય સામગ્રી પસંદ કરવી જરૂરી છે.

વ્યવહારુ ઉપયોગ

સામગ્રી વિજ્ઞાન અને ઇજનેરીના ક્ષેત્રમાં તાણ શક્તિ 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 નક્કી કરવા માટે એક મહત્વપૂર્ણ પરિબળ છે કે તે ભારનો સામનો કરી શકે છે કે નહીં; એરોસ્પેસના ક્ષેત્રમાં, હળવા અને ઉચ્ચ-શક્તિવાળી સામગ્રીની તાણ શક્તિ એ વિમાનની સલામતી સુનિશ્ચિત કરવાની ચાવી છે.

થાક શક્તિ:

ધાતુનો થાક એ પ્રક્રિયાનો ઉલ્લેખ કરે છે જેમાં સામગ્રી અને ઘટકો ચક્રીય તાણ અથવા ચક્રીય તાણ હેઠળ એક અથવા અનેક સ્થળોએ ધીમે ધીમે સ્થાનિક કાયમી સંચિત નુકસાન ઉત્પન્ન કરે છે, અને ચોક્કસ સંખ્યામાં ચક્ર પછી તિરાડો અથવા અચાનક સંપૂર્ણ ફ્રેક્ચર થાય છે.

સુવિધાઓ

સમયસર અચાનકતા: ધાતુનો થાક ઘણીવાર ટૂંકા ગાળામાં અચાનક થાય છે અને તેના કોઈ સ્પષ્ટ સંકેતો નથી.

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

પર્યાવરણ અને ખામીઓ પ્રત્યે સંવેદનશીલતા: ધાતુનો થાક પર્યાવરણ પ્રત્યે ખૂબ જ સંવેદનશીલ હોય છે અને સામગ્રીની અંદર નાના ખામીઓ હોય છે, જે થાક પ્રક્રિયાને ઝડપી બનાવી શકે છે.

પ્રભાવિત પરિબળો

તણાવનું કંપનવિસ્તાર: તણાવનું પ્રમાણ ધાતુના થાક જીવનને સીધી અસર કરે છે.

સરેરાશ તાણનું પ્રમાણ: સરેરાશ તાણ જેટલું વધારે હશે, ધાતુનું થાક જીવન ટૂંકું હશે.

ચક્રની સંખ્યા: ધાતુ જેટલી વાર ચક્રીય તાણ અથવા તાણ હેઠળ હોય છે, થાકના નુકસાનનું સંચય એટલું જ ગંભીર બને છે.

નિવારક પગલાં

સામગ્રીની પસંદગીને શ્રેષ્ઠ બનાવો: ઉચ્ચ થાક મર્યાદા ધરાવતી સામગ્રી પસંદ કરો.

તાણની સાંદ્રતા ઘટાડવી: માળખાકીય ડિઝાઇન અથવા પ્રક્રિયા પદ્ધતિઓ દ્વારા તાણની સાંદ્રતા ઘટાડવી, જેમ કે ગોળાકાર ખૂણાના સંક્રમણોનો ઉપયોગ કરવો, ક્રોસ-સેક્શનલ પરિમાણોમાં વધારો કરવો, વગેરે.

સપાટીની સારવાર: સપાટીની ખામીઓ ઘટાડવા અને થાક 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; થાક લાગવાની સંભાવના ધરાવતા ભાગોને જાળવો, જેમ કે ઘસાઈ ગયેલા ભાગોને બદલવા અને નબળા કડીઓને મજબૂત બનાવવા.

ધાતુનો થાક એ ધાતુની નિષ્ફળતાનો એક સામાન્ય પ્રકાર છે, જે અચાનકતા, સ્થાનિકતા અને પર્યાવરણ પ્રત્યે સંવેદનશીલતા દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે. તાણનું કંપનવિસ્તાર, સરેરાશ તાણનું પ્રમાણ અને ચક્રની સંખ્યા ધાતુના થાકને અસર કરતા મુખ્ય પરિબળો છે.

SN વળાંક: વિવિધ તણાવ સ્તરો હેઠળ સામગ્રીના થાક જીવનનું વર્ણન કરે છે, જ્યાં S તણાવ દર્શાવે છે અને N તણાવ ચક્રની સંખ્યા દર્શાવે છે.

થાક શક્તિ ગુણાંક સૂત્ર:

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

જ્યાં (Ka) લોડ ફેક્ટર છે, (Kb) કદ ફેક્ટર છે, (Kc) તાપમાન ફેક્ટર છે, (Kd) સપાટી ગુણવત્તા ફેક્ટર છે, અને (Ke) વિશ્વસનીયતા ફેક્ટર છે.

SN વક્ર ગાણિતિક અભિવ્યક્તિ:

(\સિગ્મા^m N = C)

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

ગણતરીના પગલાં

ભૌતિક સ્થિરાંકો નક્કી કરો:

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

તણાવ સાંદ્રતા પરિબળ નક્કી કરો: ભાગના વાસ્તવિક આકાર અને કદ, તેમજ ફિલેટ્સ, કીવે વગેરે દ્વારા થતા તણાવ સાંદ્રતાને ધ્યાનમાં લો, જેથી તણાવ સાંદ્રતા પરિબળ K નક્કી થાય. થાક શક્તિની ગણતરી કરો: SN વળાંક અને તણાવ સાંદ્રતા પરિબળ અનુસાર, ભાગના ડિઝાઇન જીવન અને કાર્યકારી તણાવ સ્તર સાથે જોડીને, થાક શક્તિની ગણતરી કરો.

2. પ્લાસ્ટિસિટી:

પ્લાસ્ટિસિટી એ એવી સામગ્રીના ગુણધર્મનો ઉલ્લેખ કરે છે જે, જ્યારે બાહ્ય બળના સંપર્કમાં આવે છે, ત્યારે બાહ્ય બળ તેની સ્થિતિસ્થાપક મર્યાદા કરતાં વધી જાય ત્યારે તૂટ્યા વિના કાયમી વિકૃતિ ઉત્પન્ન કરે છે. આ વિકૃતિ બદલી ન શકાય તેવી છે, અને બાહ્ય બળ દૂર કરવામાં આવે તો પણ સામગ્રી તેના મૂળ આકારમાં પાછી આવશે નહીં.

પ્લાસ્ટિસિટી ઇન્ડેક્સ અને તેનું ગણતરી સૂત્ર

લંબાણ (δ)

વ્યાખ્યા: લંબાણ એ નમૂનાને મૂળ ગેજ લંબાઈ સુધી તાણયુક્ત ફ્રેક્ચર કર્યા પછી ગેજ વિભાગના કુલ વિકૃતિની ટકાવારી છે.

ફોર્મ્યુલા: δ = (L1 – L0) / L0 × 100%

જ્યાં L0 એ નમૂનાની મૂળ ગેજ લંબાઈ છે;

નમૂના તૂટ્યા પછી L1 એ ગેજ લંબાઈ છે.

સેગમેન્ટલ રિડક્શન (Ψ)

વ્યાખ્યા: સેગમેન્ટલ રિડક્શન એ નમૂનાને મૂળ ક્રોસ-સેક્શનલ એરિયામાં તોડી નાખ્યા પછી નેકિંગ પોઈન્ટ પર ક્રોસ-સેક્શનલ એરિયામાં મહત્તમ રિડક્શનની ટકાવારી છે.

ફોર્મ્યુલા: Ψ = (F0 – F1) / F0 × 100%

જ્યાં F0 એ નમૂનાનો મૂળ ક્રોસ-સેક્શનલ વિસ્તાર છે;

નમૂના તૂટ્યા પછી ગરદન બિંદુ પર F1 એ ક્રોસ-સેક્શનલ વિસ્તાર છે.

3. કઠિનતા

ધાતુની કઠિનતા એ ધાતુની સામગ્રીની કઠિનતાને માપવા માટેનો યાંત્રિક ગુણધર્મ સૂચકાંક છે. તે ધાતુની સપાટી પર સ્થાનિક જથ્થામાં વિકૃતિનો પ્રતિકાર કરવાની ક્ષમતા દર્શાવે છે.

ધાતુની કઠિનતાનું વર્ગીકરણ અને પ્રતિનિધિત્વ

ધાતુની કઠિનતામાં વિવિધ પરીક્ષણ પદ્ધતિઓ અનુસાર વિવિધ વર્ગીકરણ અને પ્રતિનિધિત્વ પદ્ધતિઓ હોય છે. મુખ્યત્વે નીચેનાનો સમાવેશ કરો:

બ્રિનેલ કઠિનતા (HB):

ઉપયોગનો અવકાશ: સામાન્ય રીતે જ્યારે સામગ્રી નરમ હોય છે, જેમ કે નોન-ફેરસ ધાતુઓ, સ્ટીલ ગરમીની સારવાર પહેલાં અથવા એનેલીંગ પછી વપરાય છે.

પરીક્ષણ સિદ્ધાંત: ચોક્કસ કદના પરીક્ષણ લોડ સાથે, ચોક્કસ વ્યાસનો કઠણ સ્ટીલ બોલ અથવા કાર્બાઇડ બોલ ધાતુની સપાટી પર પરીક્ષણ કરવા માટે દબાવવામાં આવે છે, અને ચોક્કસ સમય પછી ભાર ઉતારવામાં આવે છે, અને પરીક્ષણ કરવાની સપાટી પરના ઇન્ડેન્ટેશનનો વ્યાસ માપવામાં આવે છે.

ગણતરી સૂત્ર: બ્રિનેલ કઠિનતા મૂલ્ય એ ઇન્ડેન્ટેશનના ગોળાકાર સપાટી ક્ષેત્રફળ દ્વારા ભારને વિભાજીત કરીને મેળવેલ ભાગફળ છે.

રોકવેલ કઠિનતા (HR):

ઉપયોગનો અવકાશ: સામાન્ય રીતે ઉચ્ચ કઠિનતા ધરાવતી સામગ્રી માટે વપરાય છે, જેમ કે ગરમીની સારવાર પછી કઠિનતા.

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

પ્રકારો: એપ્લિકેશનના આધારે, HRC (ઉચ્ચ કઠિનતા સામગ્રી માટે), HRA, HRB અને અન્ય પ્રકારો છે.

વિકર્સ કઠિનતા (HV):

ઉપયોગનો અવકાશ: માઇક્રોસ્કોપ વિશ્લેષણ માટે યોગ્ય.

પરીક્ષણ સિદ્ધાંત: 120 કિલોગ્રામ કરતા ઓછા ભાર અને 136° ના શિરોબિંદુ કોણ સાથે હીરા ચોરસ શંકુ ઇન્ડેન્ટર સાથે સામગ્રીની સપાટીને દબાવો, અને વિકર્સ કઠિનતા મૂલ્ય મેળવવા માટે સામગ્રીના ઇન્ડેન્ટેશન ખાડાના સપાટી ક્ષેત્રફળને લોડ મૂલ્ય દ્વારા વિભાજીત કરો.

લીબ કઠિનતા (HL):

વિશેષતાઓ: પોર્ટેબલ કઠિનતા પરીક્ષક, માપવામાં સરળ.

પરીક્ષણ સિદ્ધાંત: કઠિનતા સપાટીને અસર કર્યા પછી ઇમ્પેક્ટ બોલ હેડ દ્વારા ઉત્પન્ન થતા બાઉન્સનો ઉપયોગ કરો, અને નમૂના સપાટીથી અસર ગતિ સુધી 1 મીમી પર પંચની રીબાઉન્ડ ગતિના ગુણોત્તર દ્વારા કઠિનતાની ગણતરી કરો.