В чем разница между твердостью, ударной вязкостью и прочностью?

При обсуждении любого материала — будь то пластик, металл или композит — часто делается различие между твердостью, ударной вязкостью и прочностью. Эти термины также очень часто встречаются при покупке нитей для 3D-печати. Обычному потребителю эти термины звучат очень похоже. В конце концов, разве сильный и жесткий предмет не должен быть твердым? Однако в области инженерии и материаловедения твердость, ударная вязкость и прочность — это разные, хотя и взаимосвязанные свойства.

Итак, в чем разница между твердостью, ударной вязкостью и прочностью? Что мне следует сделать в первую очередь при покупке нити для 3D-печати? Читайте дальше, пока мы демистифицируем этот, казалось бы, сложный вопрос.

Краткая справка по напряжение против деформации

При обсуждении свойств материалов важно различать напряжение и деформацию. Большинство свойств материала можно определить по тому, как материал реагирует на различные комбинации напряжения и деформации.

1. Напряжение

Напряжение — это мера силы, действующей на объект. Различные типы напряжения различаются по направлению, в котором действуют силы по отношению к объекту: напряжение может быть сжимающим, растягивающим или сдвигающим. Как следует из названия, сжимающее напряжение относится к напряжению, которое действует в продольных направлениях, чтобы сжать объект. Прочность на растяжение прямо противоположна, действуя для расширения объекта. Напряжение скручивания уникально и является результатом сил, действующих в противоположных направлениях, которые служат для скручивания или обеспечения скручивающей нагрузки.

2. Напряжение

Как вы можете себе представить, объект, испытывающий напряжение с любого направления, обязательно отреагирует на него либо деформацией, либо полным отказом. Деформация объекта — это мера степени, с которой он деформировался по сравнению с его первоначальными размерами.

Анализируя взаимосвязь между напряжением и деформацией, ученые и инженеры смогли предсказать, как материалы будет реагировать на воздействие сил на разных уровнях. Это также позволило классифицировать материалы на основе их свойств материалов, что привело к таким квалификаторам, как хрупкость, пластичность, эластичность, твердость, ударная вязкость и прочность.

Что такое твердость?

Проще говоря, твердость материала — это мера его сопротивления локальной деформации. В большинстве случаев эта деформация вызвана истиранием (из-за сил трения) или вдавливанием (из-за постоянной боковой механической силы). На субатомном уровне твердость определяется силой межмолекулярных связей, хотя есть также несколько незначительных деталей, которые вступают в игру.

Уникальная характеристика твердости элегантно отображается алмазом, вещество, известное как одно из самых твердых на планете. Благодаря твердости алмаза его практически невозможно поцарапать.. В мире инфраструктуры нередко можно найти алмаз, используемый в некоторых важных областях, требующих твердости. Сверла с алмазными наконечниками невероятно распространены, будь то ручные сверла или сверла промышленного размера для бурения в твердых породах.

Однако твердость не определяет, как материал будет реагировать на внезапное применение бурового раствора. большое количество силы. Например, алмаз можно легко разбить одним ударом кувалды, несмотря на то, что он является одним из самых твердых материалов. Это напрямую связано со следующим свойством материала — ударной вязкостью.

Что такое ударная вязкость?

Прочность — это мера силы, которую материал может поглотить без разрушения. Обратите внимание, что ключевым словом здесь является «перелом», что означает полное разрушение материала. Это означает, что материал может подвергаться упругой деформации или деформации, которая позволяет ему вернуться к своей исходной форме без разрушения.

Условие, которое позволяет материалу деформироваться до разрушения, означает, что пластичные материалы могут также считаться жестким. Следовательно, ударная вязкость материала зависит как от его прочности (к которой мы вскоре вернемся), так и от его пластичности.

Чтобы понять это с практической точки зрения, металлы и пена примерно равны в терминах прочности. С точки зрения напряжения и деформации эти два материала демонстрируют очень разные поведения, но имеют одинаковые пределы текучести. Металлы могут выдержать лишь очень небольшую деформацию, прежде чем они сломаются, но даже для того, чтобы заставить их деформироваться, потребуется огромное количество силы. С другой стороны, пена деформируется с минимальным усилием сжатия, но разрушается только с почти такой же силой, что и металл.

Резина безраздельно господствует с точки зрения прочности. Он обладает достаточной прочностью, чтобы выдерживать большое количество силы, прежде чем деформируется, но не выходит из строя сразу после деформации. Именно такое сочетание прочности и пластичности делает резину уникально прочным материалом.

Что такое прочность?

Из трех свойств материала, которые мы здесь обсудили, прочность — это наверное самый сложный. Прочность — это мера силы, которую объект может выдержать до того, как он подвергнется пластической деформации или необратимой деформации. Также известный как неустранимая деформация, объект, подвергшийся пластической деформации, больше не вернется к своей первоначальной форме даже после снятия напряжения.

Обратите внимание на различие между прочностью и вязкостью: в то время как вязкость измеряет силу, необходимую для полного разрушения материала, прочность — это только мера силы, необходимой для достижения пластической деформации. В некоторых случаях, например, для очень хрупких материалов, таких как керамика, прочность и ударная вязкость практически перекрываются.

Существуют разные типы прочности материала, которые напрямую связаны с типами напряжения, которое может опыт. Таким образом, материал может иметь уникальные значения прочности на сжатие и прочности на растяжение в зависимости от того, измеряет ли он способность материала выдерживать сжимающее напряжение или растягивающее напряжение. У всех материалов также есть прочность на сдвиг, которая измеряет их способность выдерживать напряжение сдвига до того, как произойдет разрушение при скольжении.

Какой характеристике мне следует отдать приоритет?

Теперь, когда у нас есть в сторону от определений, пришло время использовать эти знания, чтобы принимать более разумные решения при покупке продуктов. Когда важна твердость? В каких продуктах я должен отдавать приоритет прочности на разрыв или ударной вязкости?

1. Приоритет жесткости для жестких отпечатков

Жесткие отпечатки или отпечатки, предназначенные для долговечности, выиграют от их высокой прочности. Это могут быть запасные части оборудования, игрушки, петли или наружные вывески. Высокая прочность означает, что эти детали могут выдерживать большие нагрузки до полного разрушения. Обратите внимание, что объект может подвергнуться пластической деформации до того, как выйдет из строя, что следует рассматривать как знак для создания новой запасной детали. Тем не менее, наличие широкого окна пластической деформации дает вам большой запас до того, как объект сломается или расколется.

2. Приоритет гибкости при растяжении или сжатии

Если вы хотите печатать с использованием гибкой нити, такой как TPE, то вам лучше выбрать нить с высокой прочностью на растяжение или сжатие. Это означает, что объект имеет более широкую область упругой деформации, что позволяет ему деформироваться под действием напряжения, но возвращаться к своей исходной форме после снятия напряжения. Для гибких предметов пластическая деформация практически равносильна отказу — в конце концов, вам не нужно, чтобы ваш индивидуальный чехол для телефона или браслет постоянно растягивался.

Заключительные мысли

Развитие более глубокого понимания внутренней работы технологии 3D-печати, в том числе филаментных материалов, имеет решающее значение для того, чтобы стать экспертом в этой области. После многих лет покупки и печати с использованием различных нитей многие из нас начали воспринимать такие понятия, как твердость и прочность на разрыв, как должное. При правильном использовании знание этих свойств материала может помочь нам в выборе правильного материала нити для идеального применения.

Твердость, ударная вязкость и прочность — это лишь некоторые из физических свойств, которые важны для 3D-принтеры. Эластичность нити, ее склонность к влагопоглощению и реакция на тепло также являются не менее важными свойствами. Путь к мастерству долог, но он изобилует множеством лакомых знаний.

Внимание! Никогда не оставляйте 3D-принтеры без присмотра. Они могут представлять опасность для пожарной безопасности.
Оцените статью
futurei.ru
Добавить комментарий