什么是可加工性以及如何改进它？

压力和压力是描述材料对力的反应方式的两个最重要的概念。应力是负载下材料中每单位区域的内力，而应变是由施加力引起的材料形状的变形或变化。 但是，压力与压力之间的关系远远超出了理论 - 这对于合理的工程决策至关重要。通过并排比较它们，我们可以更好地预测材料的性能，可以安全变形的程度以及何时失败。本文探讨了他们的定义，差异，关系和实际应用。 在我们详细了解详细信息之前，您可能会发现此简短的介绍性视频和压力很有帮助： 什么是压力？ 压力是材料产生以抵抗外部负载的每单位面积的内力。从显微镜上讲，施加的载荷会引起反对变形并“固定”结构的原子间力。这种内部阻力是我们衡量的压力。 根据如何施加负载，压力被归类为： 拉伸应力（σt）和压力应力（σc）：这些是垂直于横截面区域的正常应力。 剪切应力（τ）：由与横截面区域平行作用的切向力引起的。 扭转应力（τt）：扭矩或扭曲引起的剪切应力的特定形式。 其中，拉伸压力是工程设计中最根本的压力类型。计算公式是： 在哪里： σ=压力（PA或N/m²；有时PSI） f =施加力（n） a =施加力的原始横截面区域（m²） 如何测量材料的应力 直接测量应力是不可能的，因此，我们必须测量施加的力或结果变形。以下是关键测量技术的简洁概述： 方法 /技术原则测量设备 /工具准确性和精度常见应用通用测试机（UTM）测量力（F），计算应力= f/aUTM具有集成负载电池★★★★★（高精度）基本材料测试：应力 - 应变曲线，机械性能评估应变量表测量应变（ε），通过σ= E·ε计算应力（假设线性弹性） 应变计，数据采集系统★★★★☆（高）组件应力分析；疲劳评估；嵌入式结构监测延伸计衡量规格的变化，计算ε和σ接触或非接触式延伸仪★★★★☆（高）标本的拉伸测试；验证弹性模量和屈服应变数字图像相关（DIC）光学方法，跟踪全场表面变形高速相机系统，DIC软件★★★★☆（全场）全场应变分析；裂纹跟踪；物质不均匀研究超声应力测量在压力下使用材料的波速变化超声波探测器★★★☆☆（中度）残余应力检测；焊接接头和大型结构的应力监测X射线衍射（XRD）测量由内部压力引起的晶格失真XRD衍射仪，专业软件★★★★☆（高精度；位于表面层）薄膜，焊接区域，金属和陶瓷中的表面残留应力光弹性通过光学干扰条目在透明双折射材料中可视化压力偏振光设置和双重聚合物模型★★★☆☆（对半定量定性）教育演示；透明模型中的实验应力分析微/纳米级表征技术 EBSD，微拉曼，纳米凹陷等技术提供微观或纳米级应变/应力映射 电子或基于激光的系统，图像分析软件★★★★☆（高精度；局部微/纳米尺度） 微电子，薄膜，纳米构造，复合界面行为 什么是应变？ 应变是对材料进行外力时材料发生的相对变形的量度。它表示为无单位数量或百分比，代表长度（或其他维度）对原始长度（或尺寸）的变化。 应变的类型对应于施加的应力：拉伸应变，压缩应变或剪切应变。 正常应变的公式是： 在哪里： ϵ =应变（无量纲或以％表示） Δl=长度变化 l0=原始长度 如何测量材料应变 各种方法可用于测量应变。最常用的技术是应变测量值和伸展指标。下表总结了测量材料应变的常见方法： 方法感知原理传感器 /传感器测量场景评论应变量表阻力变化箔型应变量表静态或低频应变；常用广泛用于行业；低成本;需要粘合键和布线连接延伸计位移夹式 /接触式延伸计材料测试；全截面测量高准确性；不适合动态测试或高度局部应变数字图像相关（DIC）光学跟踪相机 +斑点图案全场应变映射；裂纹繁殖；复杂形样品非接触； 2D/3D变形映射；昂贵的系统压电传感器压电效应压电膜或水晶动态应变，压力，冲击，振动高频响应；不适合静电测量纤维bragg光栅（FBG）光学（布拉格反射）FBG光纤传感器长距离的分布式或多路复用测量免疫EMI；适合航空航天，能源和智能结构激光多普勒振动仪（LDV）多普勒效应LDV激光探针动态应变/速度测量和表面振动分析非接触；高分辨率;昂贵的;对表面条件敏感 压力与应变的关键差异 以下是一个简短的表，提供直接概述： 方面压力拉紧公式σ= f / aε=Δl /l₀单位PA（N/m²）或PSI（LBF/in²）无量纲或％原因外力压力引起的变形影响产生内力来抵消外部负载；如果过高改变材料的几何形状；可在弹性极限内回收，永久性超出产量点行为材料必须抵抗的每个区域的内力。根据分配，它可能导致压缩，张力，弯曲或扭转描述了在施加的应力下材料变形的程度。可以是弹性的或塑料的 压力和压力如何相互关系 压力会导致应变。应力 - 应变曲线图可以通过针对施加的应力绘制应变（变形）逐渐增加载荷的变形。让我们回顾一下其要点： 1。弹性区域（点O […]

加工零件在整个行业都普遍存在。它们代表了一类精确的工程组件，这些组件是通过减法过程对严格公差进行的，并提供复杂的几何形状，可重复的精度和出色的表面饰面。

想一想金属汤匙。如果您在手柄上轻轻按下，它会弯曲一点，但放手后立即弹回。不过，更努力地推动，勺子会永久弯曲。那时，您已经超越了汤匙的屈服强度。在本文中，我们将探讨屈服强度的含义，与相关思想（如拉伸强度和弹性限制）进行比较，以及为什么在现实世界中它很重要。我们还将研究影响强度和常见材料的典型值的因素。 什么是屈服强度？ 屈服强度是材料开始永久变形的应力水平。简而言之，这是材料停止反弹（弹性行为）并以无法完全逆转的方式弯曲或伸展的点。在屈服强度以下，当您卸下力时，材料恢复为原始形状（就像弹簧可以追溯到其长度）。超过屈服强度，材料永远改变了：它已经屈服了，这意味着它已经经历了塑性变形。 为了更好地理解这一点，让我们分解两个关键术语：压力和压力。应力是将力施加到材料除以其横截面区域的材料，或仅仅是材料内部力的强度。您可以将其视为压力，但压力描述了内部反应而不是外部推动。应变是材料在响应中的变化多少，计算为长度的变化除以原始长度。当我们策划压力抵抗压力时，我们会得到一个应力 - 应变曲线这显示了材料随着负载的增加的表现。 在应力 - 应变曲线的早期，材料的行为表现：压力和应变是成比例的（根据Hooke定律的直线），一旦去除负载，材料就会恢复其原始形状。该区域的末端是弹性限制 - 占地，某些变形仍然是永久性的。屈服强度标志着从弹性行为到塑性行为的转变，并定义了可逆变形和不可逆变形之间的边界。 对于许多延性金属，例如低碳钢，这种过渡是逐渐而不是锋利的。为了始终定义屈服强度，工程师经常使用0.2％的偏移方法：他们绘制一条平行于曲线弹性部分的线，但变为0.2％应变。该线相交曲线的点被视为屈服强度。这提供了一种实用，标准化的方法，即使不存在明显的产量点，也可以测量屈服强度。 屈服强度与拉伸强度 正如我们所定义的那样，屈服强度是材料开始永久变形的压力。拉伸强度（通常称为终极拉伸强度（UTS））是材料破裂之前可以承受的最大压力。一旦达到该点，材料将不再承担额外的负载，并且很快就会裂缝。 两者都描述了材料对压力的反应，但它们代表不同的限制：屈服强度标志着永久变形的开始，而拉伸强度则标志着断裂点。例如，在拉动钢棒时，它首先会弹性伸展。超越屈服强度，并实现永久伸长率。继续前进，直到达到拉伸强度为止，杆最终将抢购。 在实践设计中，工程师更多地专注于产量强度，因为组件必须保持功能，而不会造成持久损坏。拉伸强度仍然很重要，但通常标志着失败条件永远不会在服务中发生。 除拉伸强度外，屈服强度还经常与其他两个概念相混淆： 弹性极限：弹性极限是材料可以承受的最大应力，一旦去除负载，仍将完全返回其原始形状。低于此极限，所有变形都是弹性和可逆的。在许多情况下，弹性极限非常接近屈服强度，因此两者通常被视为相同。尽管弹性极限标志着精确的物理边界，但屈服强度提供了标准化的工程值，可以始终如一地测量并用于安全设计。 比例极限：该术语来自应力 - 应变曲线的线性部分。比例限制是遵循胡克定律的压力和压力直接比例增加的点。它通常发生在弹性极限和屈服强度之前。在这一点之外，曲线开始弯曲 - 尽管材料仍然具有弹性，但这种关系不再是完美的线性。 影响力强度的因素 屈服强度无法保持固定 - 它可以根据几种物质和环境因素而改变。这是一些最常见的： 材料组成（合金元素） 金属的构成对其产量强度产生了重大影响。在金属中，添加合金元素可以使它们变得更坚固。例如，当添加碳，锰或铬等元素时，钢的强度也会增强 - 尽管碳也更脆。铝合金从铜，镁或锌等元素中获得强度。这些添加物在金属内部产生了微小的障碍，从而阻止了位错运动（塑性变形的原子级载体），从而提高了强度。简而言之，金属的“食谱”可以使弯曲更难或更容易。这就是为什么苏打中的铝易于柔软而柔软的，而飞机机翼中的铝（与其他金属混合在一起）具有更高的屈服强度。 晶粒尺寸（微观结构） 通常，较小的晶粒意味着更高的强度，这是霍尔 - 格什关系描述的趋势。原因是晶界充当脱位运动的障碍，因此更细的谷物会产生更多的障碍，并使金属更强壮 - 到达一点点。冶金学家通过控制的固化或热机械处理来完善晶粒尺寸。例如，许多高强度的钢和超合金用非常细的晶粒设计以最大化屈服强度，而晶粒非常大的金属往往更容易产生。 热处理 金属加热和冷却的方式可以改变其结构，从而改变其屈服强度。退火（缓慢加热和冷却）软金属，降低其屈服强度，并通过缓解内部应力来使其更具延展性。淬火（在水或油中快速冷却）将结构锁定到坚硬的，压力的状态，大大提高了屈服强度，但也使金属变脆。为了恢复平衡，淬灭通常是回火，一个适度的加热步骤，可改善韧性。 通过选择正确的热处理，制造商可以根据应用使金属更难或更柔软。例如，对弹簧钢进行处理以达到高屈服强度，因此它可以弯曲而不会变形，而钢丝首先要退火以易于塑形，然后再加强。 制造过程（冷工作） 如何机械处理材料也可以改变其屈服强度。冷工作（在室温下变形金属，例如冷滚动或冷图）通过称为工作硬化的机制提高了强度。当您将金属变形时，您会在其晶体结构中引入错位和纠缠，这使得进一步变形更加困难 - 实际上，金属随着变形而变得更强壮。这就是为什么在热卷（不工作）条件下，冷滚动钢通常比同一钢具有更高的屈服强度。 温度和环境 根据经验，大多数金属在高温下会失去屈服强度。热使金属变软，因此可以用较小的力变形。在非常低的温度下，有些材料变得更加脆弱。它们塑性变形的能力降低了，因此尽管屈服应力在技术意义上可能会增加，但它们比产量更有可能破裂。 诸如腐蚀或辐射等环境因素也会降解材料。腐蚀会产生凹坑或减少横截面区域，从而有效减少结构在屈服之前可以承受的负载。例如，生锈的钢梁在载荷下可能会产生的厚度比未腐蚀的束较低，因为其有效厚度会降低，并且来自锈蚀的微裂缝会浓缩压力。 产量不同材料的强度 应力 - 应变曲线提供了一种简单的方法来比较不同材料对负载的反应方式。在上图中，我们可以看到四个典型的行为。随着压力的增加，每个反应都不同，其屈服强度反映了这些差异。 脆性材料：脆性材料，例如玻璃或陶瓷，几乎没有塑性变形。他们沿着几乎直线直线直至突然断裂。他们的屈服强度非常接近他们的最终力量，因为他们并没有真正“屈服” - 它们中断。 强但不是延性材料：某些材料（例如高强度钢）可以承受高应力，但显示有限的延展性。它们具有很高的屈服强度，这意味着它们可以很好地抵抗永久性变形，但是在破裂之前并没有伸展太多。 […]