İçecek sekmeleri neden büküldüğünde kırılabilir?

Çoğu insan, bir alüminyum kutunun kırılma noktasına kadar ileri geri hareket etme deneyimine sahipti . Sekme kırılmadan önce yalnızca birkaç ileri ve geri hareket gerekir.

Kalıcı tırnaklı alüminyum teneke kutu

Sekmenin kırılmasının temel nedeni nedir?

Olası nedenler şöyledir:

Yorgunluk kırığı.
Metalin aşırı gerilmesi.
Plastik deformasyonun bir sonucu.

Ama hangisi?

— hazzey
kaynak

Bunun çoğunlukla, verim stresini aşan döngüsel yükleme altındaki bir malzemenin stres-gerilme tepkisine yanıt verdiğinden eminim, ancak düşüncelerimi deneysel olarak doğrulamak için eve giderken bir şey satın almak zorunda kalabilirim.

— Trevor Archibald

Yanıtlar:

Alüminyumu yeniden kristalleşme sıcaklığının altına her büktüğünüzde, makroskopik taneler küçülür: bu soğuk iş olarak bilinir. Sekmenin kenarları gerilir veya sıkıştırılır. Etki, aşağıdaki haddeleme örneğiyle aynıdır. Bu gerçekten plastik bir deformasyon: tırnak yerinde kalır ve geriye eğilmez ve yerinde kalır.

soğuk iş

Kaynak

Az önce yaptığınız şey, bu tahılların birbirinin üzerine kaymasını zorlaştırmak, malzemeyi daha sert hale getirmek ve mukavemetini arttırmaktır. Bununla birlikte, çok daha az sünek (ve daha kırılgan) yaptınız. Bir kaşığı bükerseniz, doğru şekle geri bükmek zordur. Bunun nedeni, o bölgenin soğuk işlenmiş olması ve çevreleyen metalden daha sert olmasıdır.

grafik

Kaynak

Aynısı alüminyum sekmenizde de olur, ancak yerine oturduğu bir nokta gelir. Bunu aşağıdaki ışın gibi düşünebilirsiniz: Belli bir açıya θ karşılık gelen sabit bir sapma ile büküyorsunuz. Sünekliğiniz düştüğünde bir noktada gerilme sınırını aşacaksınız ve kopacaktır.

bükme

Kaynak

Yorgun gibi görünse de, mühendislik açısından gerçekten doğru bir terim değildir. Yorgunluk, tipik olarak birkaç bin yük döngüsünden sonra ortaya çıkan sorunları tanımlamak için kullanılır.

— BeyondLego
kaynak

+ 1'lemek istiyorum ama bence temizlenmesi gereken birkaç yanılgı var. (1) Tahıllar küçülmez, hacim (yaklaşık olarak) plastik deformasyonda korunur. Sadece şekil değiştirirler. (2) Tahıllar birbirlerine göre kaymazlar. Bunun yerine, tek tek tanelerdeki atomik ovalar çıkıklar nedeniyle kaymaktadır. Çıkıklar kayma ilerledikçe birikir ve belirtmeniz gereken iş sertleşmesine neden olur. Bu dane şekli değişikliklerine neden olur. (3) İş sertleştirme, mukavemet artışına ve süneklikte azalmaya neden olur, bkz. Wiki

— wwarriner

(4) Plastik deformasyon metalin çekme dayanımını geçtikçe boyunlanma başlar. Mikroyapısal düzeyde bir sonraki adımın arkasındaki teori tam olarak açık değildir, ancak boyunlanma meydana geldikçe nano ölçekli çıkıkların mikro ölçekli gözenekler ve çatlak başlatma sahaları oluşturmaya başladıkları noktaya kadar yükseldiğine inanılmaktadır. Bu gerçekleştiğinde, gözenekler stres konsantratörü görevi görür ve gözeneklerin yakınında daha fazla deformasyon yaratarak genişlemelerine ve sonunda birleşmelerine veya birleşmelerine neden olur. Gözenekler birleştikçe makro ölçekte çatlaklar oluşur.

— wwarriner

Gözenekler büyüdükçe, boyun bölgesinin iki tarafını daha az malzeme birleştirir ve gerilme, kalan kuvvet üzerinde yoğunlaşmaya devam eder ve sabit kuvvet verildiğinde deformasyonu hızlandırır. Bunun sekme ileri geri büküldüğünü hissedebilirsiniz. Sonunda, iki parça arasındaki son bağlantılar kopar ve son makro ölçeğinde kopmaya yol açar ve sekme kopar.

— wwarriner

Yorgunluk, döngüsel yükleme nedeniyle bir malzeme üzerindeki stresdir. En iyi karşılaştırma bir lastik banttır. Onu tekrar tekrar çektiğinizde uzar, çünkü yorgunluk elastikiyetin yıpranmasına neden olur ve bant yerine oturana kadar daha fazla plastik hale gelir. Teknik deformasyon plastik deformasyon nedeniyle kırılırken, plastik deformasyon, tırnak yaşam döngüsü niyetinden önemli ölçüde daha fazla yüklenene kadar kırılmaya neden olmadığından yorulma kırığı daha doğru olacaktır.

— C0V3RT_KN1GHT
kaynak

Katılıyorum, parçası 3 döngü sürdüğünde yorgunluğun gerçekten dikkate alındığını düşünmüyorum. Döngüsel yükleme bir faktördür, ancak daha çok sekme doğal konumuna döndükten sonra plastik deformasyon devam eder.

— Trevor Archibald

@TrevorArchibald kılları burada ayırıyor olabiliriz, ancak tanımladığınız şey 'düşük döngü yorgunluğu' olarak adlandırılan şey gibi görünüyor .

— Dan

Bu bağlantı "düşük döngü yorgunluğu" diyor. 10.000 döngü veya daha az. 3 aslında 10.000'den daha az, ama hala kırılıncaya kadar plastik olarak deforme olduğumuzu düşünüyorum. Yorgunluk yüklemesi hala UTS'nin veya malzemenin uzama sınırının üzerine çıkmayacak, bence bu arıza modu.

— Trevor Archibald

Yorgunluk (bildiğim kadarıyla) sadece yükleme, malzemenin verim stresinin altında olduğunda geçerlidir, bu kesinlikle burada değil, çünkü her virajda plastik olarak deforme olur.

— BeyondLego

Bu deformasyonun büyüklüğü, döngüsel bir yükleme senaryosundan beklediğinizden tamamen farklı bir ölçekte. Tam bir döngü gerçekleştirmeden sekmeyi kapatabilirsiniz. Soğuk çalışma / gevrekleştirme cevabı, bisiklet yükleme özel durumu gerektirmeden doğrudan kök neden gider, bu yüzden bir açıklama biraz daha iyi olduğunu düşünüyorum.

— Hava

Hemen hemen herkes kısmen haklı. Bir 'döngüde' basit aşırı yüklenme ile halka çekme işleminde başarısız olabilir veya üç veya dört döngüde plastik gerginlik biriktirebilirsiniz. Bu normalde düşük devirli yorgunluk bile sayılmaz, ancak Paris Yasası'nın kaç döngü uygulanabileceği konusunda daha düşük bir sınır olduğunu bilmiyorum.

— rdt2
kaynak