Força de rendiment vs. Força de tracció: Mètriques clau en la mecànica de materials
Comprendre els diferents termes que s’utilitzen per definir els metalls és fonamental per implementar -los correctament en els vostres components. La força del rendiment i la resistència a la tracció són dues de les propietats físiques més importants, però quins són aquests dos termes i quina diferència hi ha entre elles?
La força de rendiment es refereix al punt en què un material deixa de deformar -se de forma elàsticament (temporalment) i comença a deformar -se plàsticament (permanentment) quan està sotmès a l’estrès.
La deformació elàstica és quan un material està doblegat, estirat, retorçat o comprimit i després torna a la seva forma original després d’eliminar la càrrega. La deformació plàstica és una deformació permanent, on un component o material canvia de forma després d’aplicar una força.
La força de rendiment s’utilitza sovint per definir la força d’un material perquè, en la majoria dels casos, un cop deformat un component, ja no és funcional. En termes de propietats mecàniques, la força de rendiment és una de les propietats més importants a l’hora d’especificar un material per a un projecte o component.
Què és la força a la tracció?
La resistència a la tracció, sovint abreujada com a UTS, és una mesura de la quantitat de tensió que pot suportar un material abans de trencar -se. Per a l'acer, normalment és 130-140% de la força de rendiment.
El punt UTS no és el punt en què el material es trenca, sinó el punt en què la soca del material canvia de la deformació uniforme global a la deformació localitzada, que es manifesta com a estirament i reducció del component (si falla en tensió).
Quina diferència hi ha entre la força de rendiment i la resistència a la tracció?
La força de rendiment és el punt en què un material comença a deformar -se plàsticament, cosa que significa que es doblega o s’estira, mentre que la resistència a la tracció és la tensió màxima que pot suportar un material.
Si bé els dos factors són importants, la força de rendiment s’utilitza més freqüentment quan s’especifica materials per als components. Això es deu al fet que una vegada que un material supera el punt de deformació del plàstic, ja no es pot utilitzar. Un component ben dissenyat normalment només s’estressarà fins al 50% de la seva resistència al seu rendiment, segons l’aplicació i el seu factor de seguretat.
La resistència a la tracció és superior a la força de rendiment?
En materials com l’acer suau, la força de rendiment és aproximadament 30-40% inferior a la resistència a la tracció, però això no és cert per a tots els metalls. En materials trencadissos com l’acer alt en carboni, la resistència a la tracció només és lleugerament superior a la resistència al rendiment perquè el material no té ductilitat i, per tant, no es deforma gaire abans de trencar -se.
Com es mesuren la força de rendiment i la resistència a la tracció?
La resistència a la tracció i la força de rendiment són tensions d’enginyeria mesurades com a força per unitat d’àrea, generalment en lliures per polzada quadrada (PSI) a Amèrica del Nord i a Pascals o Megapascals del sistema internacional. Les proves normalitzades són habituals, utilitzant exemplars de prova plana o rodona.
Un provador hidràulic o de cargol estira la mostra mentre es registra la tensió i la tensió experimentada. La majoria dels metalls homogenis tenen una relació lineal de tensió-tensió fins al punt de força de rendiment.
Quina és la força de rendiment dels materials comuns?
La força d’un material depèn molt dels elements d’aliatge específics que conté. A continuació, es mostren alguns exemples de rendiment i fortaleses de tracció dels materials d'enginyeria comuns:
| Material | Força de rendiment (MPA) | Força de tracció (MPA) |
|---|---|---|
| Alumini | 35 | 90 |
| Coure | 69 | 200 |
| Llautó | 75 | 300 |
| Acer baix en carboni | 355 | 490 |
| 1095 Acer alt en carboni | 800 | 1270 |
| 304 acer inoxidable | 241 | 586 |
| Molibdè | 565 | 655 |
Com es pot veure, els materials dúctils com l’alumini i el coure tenen un gran buit entre el seu rendiment i les forces de tracció, mentre que els materials trencadissos com els acers d’eines d’alta carboni tenen el contrari.
Fets sobre la força a la tracció
Tungsten té la resistència a la tracció més alta de tots els metalls, a uns 980 MPa.
Alguns metalls molt dúctils, com l’or, tenen una força de rendiment superior a la seva resistència a la tracció perquè es colleixen a tensions inferiors, però poden estirar significativament més que metalls com l’acer.
Tot i que la seda aranya té una resistència a la tracció de només 1,5 GPa, és cinc vegades més fort que l’acer en pes.
