什麼是金屬應變和金屬疲勞?

不同金屬對不同應變的響應

這種鈦棒已經拉伸到其原始長度的兩倍,100%的工程應變。 照片和復制dunand.northwestern.edu

所有金屬在受到壓力時都會變形(拉伸或壓縮),或多或少地變形。 這種變形是金屬應變的可見信號。

在冶金學中,應變可以定義為由於應力引起的金屬變形。 換句話說,這是衡量金屬與原始長度相比被拉伸或壓縮的程度。 如果由於應力導致一塊金屬的長度增加,則稱為拉伸應變。

但是如果長度減少,這是壓縮應變。

金屬應變在可延展(可彎曲)材料

一些金屬(如不銹鋼和許多其他合金) 在壓力下屈服 。 這可以讓他們彎曲或變形,而不會折斷。 其他金屬,如鑄鐵,在壓力下快速斷裂和破裂。 然而,即使是不銹鋼,也會在足夠的壓力下最終變並破裂。

諸如低碳鋼之類的金屬彎曲而不是在應力下斷裂。 然而,在一定程度的壓力下,他們達到了一個很好理解的“屈服點”。 一個他們到達屈服點,金屬變得“應變硬化”。 這意味著需要更多的壓力來進一步使金屬變形。 金屬變得更不易延展或彎曲。 從某種意義上說,這使得金屬更難。 但是,應變硬化使金屬難以變形,同時也使金屬更脆。 脆性金屬很容易破裂或失敗。

脆性材料中的金屬應變

某些金屬固有脆性,這意味著它們特別容易斷裂。 脆性金屬包括中碳鋼和高碳鋼。 與延性材料不同,這些金屬沒有明確的屈服點。 相反,當他們達到一定的壓力水平時,他們就會破裂。

脆性金屬非常像玻璃,石頭和混凝土等其他脆性材料。 像這些材料一樣,它們在某些方面很強大 - 但是因為它們不能彎曲或拉伸,所以它們不適用於某些用途。

測量金屬應變

金屬中最常見的應變測量稱為工程應變。 工程應變可以計算為長度變化除以原始長度。 例如,已經被拉伸到2.2“的2.0” 棒據說經歷了0.1或10%的拉伸應變。

金屬應變導致的金屬疲勞

當延性金屬受到壓力時,它們會變形。 如果在金屬達到其屈服點之前消除應力,則金屬恢復到原來的形狀。 儘管金屬似乎已經恢復到原來的狀態,但是,在分子水平上確實出現了微小的缺陷。

每次金屬變形然後恢復到原來的形狀時,會出現更多的分子缺陷。 經過多次變形後,分子缺陷如此之多以致金屬開裂。 當這發生時,它被描述為“金屬疲勞”。 金屬疲勞是不可逆轉的。

在金屬反复受壓的情況下,金屬疲勞特別成問題。

例如,這是造成飛機失靈的一個主要原因。 為了避免金屬疲勞,使用顯微鏡定期檢查金屬樣品是非常重要的。