परिचय

इंजीनियरिंग तनाव परीक्षण व्यापक रूप से सामग्री की ताकत पर बुनियादी डिजाइन जानकारी प्रदान करने और सामग्री के विनिर्देश के लिए स्वीकृति परीक्षण के रूप में उपयोग किया जाता है। तनाव परीक्षण में एक नमूना लगातार बढ़ते हुए एक अक्षीय तन्यता बल के अधीन होता है, जबकि एक साथ टिप्पणियों को नमूना का बढ़ाव बनाया जाता है। धातु के तनाव-तनाव वक्र का वर्णन करने के लिए उपयोग किए जाने वाले पैरामीटर तन्य शक्ति उपज शक्ति या उपज बिंदु प्रतिशत बढ़ाव हैं। और क्षेत्रफल में कमी। पहले दो ताकत पैरामीटर हैं, अंतिम दो लचीलापन दर्शाते हैं।

सामग्री का वर्गीकरण

ठोस पदार्थों को आसानी से तीन बुनियादी वर्गीकरणों में बांटा गया है:

(1) धातु

(2) चीनी मिट्टी की चीज़ें

(3) पॉलिमर

धातुओं(Metals)

• इस समूह की सामग्री लोहे जैसे एक या एक से अधिक धातु तत्वों से बनी होती है एल्यूमीनियम तांबा टाइटेनियम सोना और निकल  अक्सर गैर-धातु तत्व भीउदाहरण के लिए कार्बन नाइट्रोजन और ऑक्सीजन अपेक्षाकृत कम मात्रा में।
• धातुओं और उनके मिश्र धातुओं में परमाणुओं को बहुत व्यवस्थित तरीके से व्यवस्थित किया जाता है।
• सिरेमिक और पॉलिमर की तुलना में अपेक्षाकृत घने होते हैं।
• यांत्रिक संपत्ति- अपेक्षाकृत कठोर और बड़ी मात्रा में सक्षम मजबूत नमनीयफ्रैक्चर के बिना विरूपण के और फ्रैक्चर के प्रतिरोधी हैं।
• धात्विक पदार्थों में बड़ी संख्या में बिना स्थानीयकृत इलेक्ट्रॉन होते हैं जो कि ये इलेक्ट्रॉन हैंविशेष परमाणुओं से बंधे नहीं हैं। धातुओं के कई गुण सीधे इन इलेक्ट्रॉनों के कारण होते हैं।
• उदाहरण धातुएँ विद्युत की अत्यंत अच्छी सुचालक होती हैं और ऊष्मा नहीं होती हैं दृश्यमान प्रकाश के लिए पारदर्शी एक पॉलिश धातु की सतह में एक चमकदार उपस्थिति होती है।
• कुछ धातुओं में वांछनीय चुंबकीय गुण होते हैं।

मिट्टी के पात्र(Ceramics)

• सिरेमिक धातु और गैर-धातु तत्वों के बीच के यौगिक हैं जो वे सबसे अधिक हैंl
• अक्सर ऑक्साइड नाइट्राइड और कार्बाइड।
• उदाहरण-एल्यूमीनियम ऑक्साइड या एल्यूमिना सिलिकॉन डाइऑक्साइड या सिलिका SiO2, सिलिकॉन।
• कार्बाइड सिक सिलिकॉन नाइट्राइड (Si3N4)।
• पारंपरिक चीनी मिट्टी की चीज़ें मिट्टी के खनिज चीनी मिट्टी के बरतन सीमेंट और कांच के उदाहरण।

पॉलिमर(Polymers)

• कार्बन आधारित यौगिकl
• एचसी अणुओं की श्रृंखला। एचसी की प्रत्येक दोहराई जाने वाली इकाई एक मोनोमर एथिलीन (सी 2 एच 4) पॉलीथिलीन – (-सीएच 2-सीएच 2) एन है।
• पॉलिमर में परिचित प्लास्टिक और रबर सामग्री शामिल हैं।
• उनमें से कई कार्बनिक यौगिक हैं जो रासायनिक रूप से कार्बन हाइड्रोजन और अन्य गैर-धातु तत्वों (जैसे ओ, एन, और सी) पर आधारित हैं।
• उनके पास बहुत बड़ी आणविक संरचनाएं होती हैं जो अक्सर प्रकृति में श्रृंखला जैसी होती हैं जिनमें कार्बन परमाणुओं की रीढ़ होती है। कुछ सामान्य और परिचित पॉलिमर पॉलीइथाइलीन पीई नायलॉन पॉली विनाइल क्लोराइड पीवीसी पॉली कार्बोनेट पीसी पॉलीस्टाइन पीएस और सिलिकॉन रबर हैं।

गुण(Properties)

• अपेक्षाकृत कठोर और मजबूत कठोरता और ताकत धातुओं की तुलना में बहुत कठोर अत्यंत भंगुर होती है जिसमें लचीलापन नहीं होता है। फ्रैक्चर के लिए अतिसंवेदनशील।
• थर्मल और विद्युत गुण गर्मी के पारित होने के लिए अलग और बिजली कम विद्युत चालकता और उच्च तापमान के लिए अधिक प्रतिरोधी हैं।
• ऑप्टिकल विशेषताएँ सिरेमिक पारदर्शी पारभासी या अपारदर्शी हो सकती हैं।
• कम घनत्व न तो कठोर और न ही सिरेमिक और धातुओं जितना मजबूत।
• अत्यंत नमनीय और लचीला प्लास्टिक।
• अपेक्षाकृत बड़ी संख्या में वातावरण में रासायनिक रूप से निष्क्रिय और अक्रियाशील।

सम्मिश्र(Composites)

• एक मिश्रित दो या दो से अधिक व्यक्तिगत सामग्रियों से बना होता है जो धातु सिरेमिक और पॉलिमर के ऊपर चर्चा की गई श्रेणियों से आते हैं।
• उद्देश्य-ऐसी संपत्तियों के संयोजन को प्राप्त करना जो किसी एक सामग्री द्वारा प्रदर्शित नहीं होती हैंl

सीमाओं(Limitations )

• मामूली तापमान पर नरम और या विघटित होने की प्रवृत्ति जो कुछ मामलों में उनके उपयोग को सीमित कर देती है।
• कम विद्युत चालकता और गैर-चुंबकीय हैं।

उदाहरण

• Co बाइंडर के साथ सीमेंटेड कार्बाइड WC।
• प्लास्टिक मेल्डिंग युक्त फिलर्स को कंपाउंड करता है।
• कार्बन ब्लैक के साथ मिश्रित रबर।
• लकड़ी एक प्राकृतिक सम्मिश्र के रूप में एक संश्लेषित सम्मिश्र से अलग है।

अग्रिम सामग्री(Advance Materials)

• उच्च-प्रौद्योगिकी या उच्च-तकनीकी अनुप्रयोगों में उपयोग की जाने वाली सामग्री को कभी-कभी उन्नत सामग्री कहा जाता है।

बायोमैटिरियल्स

• रोगग्रस्त या क्षतिग्रस्त शरीर के अंगों के प्रतिस्थापन के लिए मानव शरीर में प्रत्यारोपित घटकों में बायोमैटेरियल्स कार्यरत हैं।
• इन सामग्रियों को विषाक्त पदार्थों का उत्पादन नहीं करना चाहिए और शरीर के ऊतकों के साथ संगत होना चाहिए जिससे जैविक प्रतिक्रियाओं पर प्रतिकूल प्रभाव न पड़े।
• उपरोक्त सभी सामग्री धातु सिरेमिक पॉलिमर कंपोजिट और अर्धचालक बायोमैटिरियल्स के रूप में उपयोग किए जा सकते हैं।

उदाहरण

• इलेक्ट्रॉनिक उपकरण कैमकोर्डर प्लेयर आदि कंप्यूटर फाइबर-ऑप्टिक सिस्टम अंतरिक्ष यान विमान और सैन्य रॉकेटरी लिक्विड क्रिस्टल डिस्प्ले (एलसीडी) और फाइबर ऑप्टिक्स शामिल करें।
• ये उन्नत सामग्री आम तौर पर पारंपरिक सामग्री प्रकार की धातु सिरेमिक हो सकती है, पॉलिमर जिनके गुणों को बढ़ाया गया है और नई विकसित उच्च-प्रदर्शन सामग्री भी हो सकती है।
• उन्नत सामग्रियों में अर्धचालक बायोमैटिरियल्स शामिल हैं और हम भविष्य की सामग्री कह सकते हैं।

अर्धचालकों(Semiconductors)

• अर्धचालकों में विद्युत गुण होते हैं जो विद्युत कंडक्टर के बीच मध्यवर्ती होते हैं। धातु और धातु मिश्र धातु और इन्सुलेटर अर्थात। सिरेमिक और पॉलिमर।
• सामग्रियों की विद्युत विशेषताएँ अशुद्धता परमाणुओं की सूक्ष्म सांद्रता की उपस्थिति के प्रति अत्यंत संवेदनशील होती हैं, जिसके लिए प्रत्येक छोटे स्थानिक क्षेत्रों पर सांद्रता को नियंत्रित किया जा सकता है।
• पिछले तीन दशकों में हमारे जीवन का उल्लेख नहीं करने के लिए सेमीकंडक्टर्स ने एकीकृत सर्किटरी का संभव आगमन किया है जिसने इलेक्ट्रॉनिक्स और कंप्यूटर उद्योगों में पूरी तरह से क्रांति ला दी है।

उदाहरण

टाइटेनियम और इसके मिश्र धातु सह-सीआर मिश्र धातु स्टेनलेस स्टील जिरकोनिया HA TiO2 आदि।

सामग्री चयन प्रक्रिया

• एप्लिकेशन चुनें और आवश्यक गुण निर्धारित करें।
• गुण: यांत्रिक विद्युत थर्मल चुंबकीय ऑप्टिकल खराब।
• गुण- उम्मीदवार को सामग्री (ओं) की पहचान करें।
• सामग्री: संरचना की संरचना।
• सामग्री- आवश्यक प्रसंस्करण की पहचान करें।
• प्रसंस्करण: संरचना और समग्र आकार बदलता है।
• उदाहरण: कास्टिंग, सिंटरिंग, वाष्प जमाव, डोपिंग बनाना, जुड़ना, एनीलिंग।

तनाव और खिंचाव की अवधारणा

इंजीनियरिंग तनाव-तनाव वक्र के सामान्य आकार को और स्पष्टीकरण की आवश्यकता है। लोचदार क्षेत्र में तनाव तनाव के रैखिक रूप से आनुपातिक होता है। जब भार उपज शक्ति के अनुरूप मूल्य से अधिक हो जाता है तो नमूना सकल प्लास्टिक विरूपण से गुजरता है। यदि लोड शून्य पर छोड़ा जाता है तो यह स्थायी रूप से विकृत हो जाता है। निरंतर प्लास्टिक विरूपण का उत्पादन करने का तनाव बढ़ता प्लास्टिक तनाव धातु के तनाव-कठोर होने के साथ बढ़ता है। प्लास्टिक के विरूपण के दौरान नमूने की मात्रा स्थिर रहती है A·L = A0·L0 और जैसे-जैसे नमूना बढ़ता है यह क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र में गेज की लंबाई के साथ समान रूप से घटता है।

तनाव—तनाव व्यवहार

हुक का नियम(Hooke’s Law)

• अपेक्षाकृत निम्न स्तर पर तनाव में तनावग्रस्त सामग्री के लिए तनाव और तनाव के माध्यम से आनुपातिक हैं।
• लगातार ई को लोच के मापांक या यंग के मापांक के रूप में जाना जाता है।

मैप और कैन रेंज में मापा गया मान इंजीनियरिंग स्ट्रेस स्ट्रेन ग्राफ से पता चलता है कि तनाव और तनाव के बीच संबंध तनाव की कुछ सीमा पर रैखिक है। यदि तनाव को रैखिक क्षेत्र के भीतर रखा जाता है तो सामग्री अनिवार्य रूप से लोचदार होती है, यदि तनाव हटा दिया जाता है तो विरूपण भी समाप्त हो जाता है। लेकिन अगर लोचदार सीमा स्थायी विरूपण से अधिक हो जाती है तो परिणाम। सामग्री किसी स्थान पर गर्दन से शुरू हो सकती है और अंत में टूट सकती है।

नम्य होने की क्षमता(Yield strength)

उपज बिंदु को इंजीनियरिंग और सामग्री विज्ञान में तनाव के रूप में परिभाषित किया जाता है, जिस पर एक सामग्री प्लास्टिक रूप से विकृत होने लगती है। उपज बिंदु से पहले सामग्री लोचदार रूप से विकृत हो जाएगी और लागू तनाव हटा दिए जाने पर अपने मूल आकार में वापस आ जाएगी। एक बार उपज बिंदु पारित हो जाने के बाद विरूपण का कुछ अंश स्थायी और अपरिवर्तनीय होगा। एक घटक को डिजाइन करते समय उपज बिंदु का ज्ञान महत्वपूर्ण है क्योंकि यह आम तौर पर लोड करने के लिए ऊपरी सीमा का प्रतिनिधित्व करता है जिसे लागू किया जा सकता है। यह फोर्जिंग जैसी कई सामग्रियों के उत्पादन तकनीकों के नियंत्रण के लिए भी महत्वपूर्ण है।

भंगुर और तन्य व्यवहार (Brittle and Ductile Behavior)

तन्य और भंगुर सामग्री के लिए सामग्री प्रतिक्रिया उनके संबंधित तनाव-वक्रों में गुणात्मक और मात्रात्मक अंतर दोनों द्वारा प्रदर्शित की जाती है। बहुत कम उपभेदों पर भंगुर सामग्री फ्रैक्चर नमूना टूटने से पहले नमनीय सामग्री बड़े उपभेदों का सामना करेगी। तन्य सामग्री के लिए उपज क्षेत्र अक्सर तनाव-तनाव वक्र का अधिकांश हिस्सा लेता है जबकि भंगुर पदार्थों के लिए यह लगभग न के बराबर होता है। नमनीय सामग्रियों की तुलना में भंगुर सामग्रियों में अक्सर अपेक्षाकृत बड़े यंग’ मोडुली और अंतिम तनाव होते हैं।

सामग्री के लोचदार गुण(Elastic Properties of Materials)

जब तनाव हटा दिया जाता है तो सामग्री उस आयाम पर लौट आती है जो लोड लागू होने से पहले थी। घिसने के मामले को छोड़कर छोटे उपभेदों के लिए मान्य। तनाव के अधीन सामग्री बाद में सिकुड़ जाती है। वे संपीड़न उभार के अधीन हैं। पार्श्व और अक्षीय उपभेदों के अनुपात को पॉइसन अनुपात कहा जाता है। जब एक सामग्री को तन्यता तनाव के तहत रखा जाता है तो उसी दिशा में एक साथ तनाव पैदा होता है।

एक लोच(An elasticity)

यहां व्यवहार लोचदार है लेकिन तनाव-तनाव वक्र तुरंत प्रतिवर्ती नहीं है। तनाव को शून्य पर वापस आने में थोड़ा समय लगता है। धातुओं के लिए प्रभाव सामान्य रूप से छोटा होता है लेकिन पॉलिमर के लिए महत्वपूर्ण हो सकता है।

तन्यता ताकत

तन्य शक्ति एक तनाव परीक्षण के परिणामों से सबसे अधिक बार उद्धृत मूल्य है, लेकिन वास्तव में यह धातु की ताकत के संबंध में थोड़ा मौलिक महत्व का मूल्य है। तन्य धातुओं के लिए तन्य शक्ति को उस अधिकतम भार के माप के रूप में माना जाना चाहिए जो एक धातु एक अक्षीय भार की बहुत प्रतिबंधात्मक परिस्थितियों में सामना कर सकता है। यह दिखाया जाएगा कि यह मान आमतौर पर सामना की जाने वाली तनाव की अधिक जटिल परिस्थितियों में धातु की उपयोगी ताकत से बहुत कम संबंध रखता है।

लचीलापन(Resilience)

लोचदार रूप से विकृत होने पर ऊर्जा को अवशोषित करने के लिए सामग्री की क्षमता और उतारने पर इसे वापस करने की क्षमता को लचीलापन कहा जाता है। यह आमतौर पर लचीलापन के मापांक द्वारा मापा जाता है जो प्रति इकाई मात्रा में तनाव ऊर्जा है जो शून्य तनाव से उपज तनाव तक तनाव सामग्री के लिए आवश्यक है। लोचदार रूप से विकृत होने पर ऊर्जा को अवशोषित करने के लिए सामग्री की क्षमता और उतारने पर इसे वापस करने की क्षमता को लचीलापन कहा जाता है।

लचीलापन(Ductility)

नेकिंग से होने वाली जटिलता से बचने का एक और तरीका है कि नेकिंग शुरू होने के बिंदु तक एकसमान तनाव पर आधार प्रतिशत बढ़ाव है। एकसमान बढ़ाव एयू स्ट्रेच-फॉर्मिंग ऑपरेशंस के साथ अच्छी तरह से संबंध रखता है। चूंकि इंजीनियरिंग स्ट्रेस-स्ट्रेन कर्व अक्सर नेकिंग के आसपास काफी सपाट होता है, इसलिए अस्पष्टता के बिना अधिकतम लोड पर स्ट्रेन को स्थापित करना मुश्किल हो सकता है। इस मामले में नेल्सन और विनलॉक द्वारा सुझाई गई विधि उपयोगी है।

बेरहमी(Toughness)

तनाव-तनाव वक्र के नीचे का क्षेत्र भौतिक ऊर्जा की कठोरता है जिसे सामग्री टूटने से पहले अवशोषित कर सकती है। इसे दरार प्रसार के लिए सामग्री के प्रतिरोध के रूप में भी परिभाषित किया जा सकता है। सामग्री विज्ञान और धातु विज्ञान में, जब बल दिया जाता है तो सामग्री के फ्रैक्चर का प्रतिरोध होता है। यह ऊर्जा की मात्रा के रूप में परिभाषित किया गया है कि एक सामग्री टूटने से पहले अवशोषित हो सकती है और तनाव-तनाव वक्र के नीचे अभिन्न अंग लेकर क्षेत्र ढूंढकर पाया जा सकता है।

प्रभाव क्रूरता(Impact Toughness)

दो परीक्षण अलग-अलग नमूनों और नमूने रखने के तरीकों का उपयोग करते हैं लेकिन दोनों परीक्षण पेंडुलम-परीक्षण मशीन का उपयोग करते हैं। दोनों परीक्षणों के लिए नमूना पेंडुलम के प्रभाव के कारण एकल अधिभार घटना से टूट गया है। स्टॉप पॉइंटर का उपयोग यह रिकॉर्ड करने के लिए किया जाता है कि नमूने को फ्रैक्चर करने के बाद पेंडुलम कितनी दूर तक झूलता है। एक धातु की प्रभाव क्रूरता नमूना के फ्रैक्चर में अवशोषित ऊर्जा को मापने के द्वारा निर्धारित की जाती है। यह केवल उस ऊंचाई को ध्यान में रखते हुए प्राप्त किया जाता है जिस पर पेंडुलम छोड़ा जाता है और जिस ऊंचाई पर पेंडुलम नमूने से टकराने के बाद झूलता है। लोलक के समय के भार की ऊंचाई से स्थितिज ऊर्जा उत्पन्न होती है और परीक्षण के प्रारंभ और अंत में लोलक की स्थितिज ऊर्जा में अंतर अवशोषित ऊर्जा के बराबर होता है।

कठिनाइयों में जीने की ताकत(Notch-Toughness)

नॉच बेरहमी वह क्षमता है जो किसी सामग्री में दोष की उपस्थिति में ऊर्जा को अवशोषित करने के लिए होती है। जैसा कि पहले उल्लेख किया गया है कि एक खामी या दरार जैसे दोष की उपस्थिति में एक सामग्री की संभावना कम स्तर की कठोरता का प्रदर्शन होगी। जब सामग्री लोडिंग में कोई दोष मौजूद होता है तो दोष से सटे एक त्रिअक्षीय तनाव तनाव की स्थिति उत्पन्न होती है। सामग्री प्लास्टिक उपभेदों को विकसित करती है क्योंकि दरार की नोक के पास के क्षेत्र में उपज तनाव पार हो जाता है। हालांकि प्लास्टिक विरूपण की मात्रा आसपास की सामग्री द्वारा प्रतिबंधित है जो लोचदार बनी हुई है। जब किसी सामग्री को प्लास्टिक रूप से विकृत होने से रोका जाता है तो यह भंगुर तरीके से विफल हो जाती है।

What is Mechanical Engineering Material(MEM) and Its Properties l Classification of Materials l Materials Selection Process l Stress Strain Behaviors and Material Properties l