Pentru a evalua proprietățile de performanță ale produselor și pentru a determina caracteristicile fizice și mecanice ale materialelor, sunt utilizate diverse instrucțiuni, GOST și alte documente de reglementare și consiliere. De asemenea, sunt recomandate metode de testare a distrugerii unei serii întregi de produse sau mostre de același tip de material. Aceasta nu este o metodă foarte economică, dar este eficientă.
Definiția caracteristicilor
Principalele caracteristici ale proprietăților mecanice ale materialelor sunt următoarele.
1. Rezistența la tracțiune sau rezistența la tracțiune - acea forță de tensiune care este fixată la cea mai mare sarcină înainte de distrugerea probei. Caracteristicile mecanice ale rezistenței și plasticității materialelor descriu proprietățile solidelor de a rezista modificărilor ireversibile de formă și distrugerii sub influența sarcinilor externe.
2. Limita de curgere condiționată este tensiunea când deformarea reziduală atinge 0,2% din lungimea probei. Aceasta estecel mai mic stres în timp ce specimenul continuă să se deformeze fără o creștere vizibilă a tensiunii.
3. Limita rezistenței pe termen lung se numește cel mai mare stres, la o temperatură dată, provocând distrugerea probei pentru un anumit timp. Determinarea caracteristicilor mecanice ale materialelor se concentrează pe unitățile finale de rezistență pe termen lung - distrugerea are loc la 7.000 de grade Celsius în 100 de ore.
4. Limita de fluaj condiționată este stresul care provoacă la o anumită temperatură pentru un anumit timp în probă o alungire dată, precum și viteza de fluaj. Limita este deformarea metalului timp de 100 de ore la 7.000 de grade Celsius cu 0,2%. Fluaj este o anumită rată de deformare a metalelor sub încărcare constantă și temperatură ridicată pentru o lungă perioadă de timp. Rezistența la căldură este rezistența unui material la rupere și fluaj.
5. Limita de oboseală este cea mai mare valoare a tensiunii ciclului atunci când nu are loc cedarea la oboseală. Numărul de cicluri de încărcare poate fi dat sau arbitrar, în funcție de modul în care este planificată testarea mecanică a materialelor. Caracteristicile mecanice includ oboseala și rezistența materialului. Sub acțiunea sarcinilor din ciclu, daunele se acumulează, se formează fisuri, ducând la distrugere. Aceasta este oboseala. Și proprietatea de rezistență la oboseală este rezistența.
Întindeți și micșorați
Materiale utilizate în ingineriepractica sunt împărțite în două grupe. Primul este plastic, pentru distrugerea căruia trebuie să apară deformații reziduale semnificative, al doilea este fragil, prăbușindu-se la deformații foarte mici. Desigur, o astfel de împărțire este foarte arbitrară, deoarece fiecare material, în funcție de condițiile create, se poate comporta atât ca fragil, cât și ca ductil. Depinde de natura stării de stres, temperatură, rata de deformare și alți factori.
Caracteristicile mecanice ale materialelor în tensiune și compresie sunt elocvente atât pentru ductile, cât și pentru fragile. De exemplu, oțelul moale este testat la tensiune, în timp ce fonta este testată la compresie. Fonta este casantă, oțelul este ductil. Materialele fragile au o rezistență la compresiune mai mare, în timp ce deformarea la tracțiune este mai gravă. Plasticul are aproximativ aceleași caracteristici mecanice ale materialelor în compresie și tensiune. Cu toate acestea, pragul lor este încă determinat de întindere. Aceste metode pot determina mai precis caracteristicile mecanice ale materialelor. Diagrama de tensiune și compresie este prezentată în ilustrațiile pentru acest articol.
Fragilitate și plasticitate
Ce este plasticitatea și fragilitatea? Prima este capacitatea de a nu se prăbuși, primind deformații reziduale în cantități mari. Această proprietate este decisivă pentru cele mai importante operațiuni tehnologice. Îndoirea, desenarea, desenarea, ștanțarea și multe alte operații depind de caracteristicile plasticității. Materialele ductile includ cuprul recoacet, alamă, aluminiu, oțel moale, aur și altele asemenea. Bronz mult mai puțin ductilşi durală. Aproape toate oțelurile aliate sunt foarte slab ductile.
Caracteristicile de rezistență ale materialelor plastice sunt comparate cu limita de curgere, care va fi discutată mai jos. Proprietățile de fragilitate și plasticitate sunt foarte influențate de temperatură și viteza de încărcare. Tensiunea rapidă face materialul fragil, în timp ce tensiunea lentă îl face ductil. De exemplu, sticla este un material fragil, dar poate rezista la o sarcină pe termen lung dacă temperatura este normală, adică prezintă proprietățile plasticității. Și oțelul moale este ductil, dar sub sarcină de șoc apare ca un material fragil.
Metoda de variație
Caracteristicile fizico-mecanice ale materialelor sunt determinate de excitația de vibrații longitudinale, de încovoiere, de torsiune și de alte tipuri, chiar mai complexe de vibrații, și în funcție de dimensiunea probelor, forme, tipuri de receptor și excitator, metode de prindere şi scheme de aplicare a sarcinilor dinamice. Produsele de dimensiuni mari sunt, de asemenea, supuse testării prin această metodă, dacă metoda de aplicare în metodele de aplicare a sarcinii, excitarea vibrațiilor și înregistrarea acestora este modificată semnificativ. Aceeași metodă este utilizată pentru a determina caracteristicile mecanice ale materialelor atunci când este necesar să se evalueze rigiditatea structurilor de dimensiuni mari. Cu toate acestea, această metodă nu este utilizată pentru determinarea locală a caracteristicilor materialelor dintr-un produs. Aplicarea practică a tehnicii este posibilă numai atunci când dimensiunile geometrice și densitatea sunt cunoscute, când este posibilă fixarea produsului pe suporturi și pe suport.produs - convertoare, sunt necesare anumite condiții de temperatură etc.
De exemplu, la schimbarea regimurilor de temperatură, apare una sau alta modificare, caracteristicile mecanice ale materialelor devin diferite atunci când sunt încălzite. Aproape toate corpurile se extind în aceste condiții, ceea ce le afectează structura. Orice corp are anumite caracteristici mecanice ale materialelor din care este compus. Dacă aceste caracteristici nu se schimbă în toate direcțiile și rămân aceleași, un astfel de corp se numește izotrop. Dacă se modifică caracteristicile fizice și mecanice ale materialelor – anizotrope. Acesta din urmă este o trăsătură caracteristică aproape tuturor materialelor, doar într-o măsură diferită. Dar există, de exemplu, oțeluri, unde anizotropia este foarte nesemnificativă. Este cel mai pronunțat în materiale naturale precum lemnul. În condițiile de producție, caracteristicile mecanice ale materialelor sunt determinate prin controlul calității, unde sunt utilizate diverse GOST. O estimare a eterogenității este obținută din procesarea statistică atunci când rezultatele testelor sunt rezumate. Probele ar trebui să fie numeroase și tăiate dintr-un design specific. Această metodă de obținere a caracteristicilor tehnologice este considerată destul de laborioasă.
Metoda acustică
Există o mulțime de metode acustice pentru determinarea proprietăților mecanice ale materialelor și a caracteristicilor acestora și toate diferă în modurile de intrare, recepție și înregistrare a oscilațiilor în moduri sinusoidal și pulsat. Metodele acustice sunt utilizate în studiul, de exemplu, al materialelor de construcție, al grosimii și al stării de tensiune a acestora, în timpul detectării defectelor. Caracteristicile mecanice ale materialelor structurale sunt de asemenea determinate prin metode acustice. Sunt deja dezvoltate și produse în serie numeroase dispozitive electronice acustice diverse, care permit înregistrarea undelor elastice, a parametrilor de propagare a acestora atât în modul sinusoidal, cât și în cel pulsat. Pe baza acestora, se determină caracteristicile mecanice ale rezistenței materialelor. Dacă sunt utilizate oscilații elastice de intensitate scăzută, această metodă devine absolut sigură.
Dezavantajul metodei acustice este necesitatea contactului acustic, ceea ce nu este întotdeauna posibil. Prin urmare, aceste lucrări nu sunt foarte productive dacă este necesară obținerea urgentă a caracteristicilor mecanice ale rezistenței materialelor. Rezultatul este foarte influențat de starea suprafeței, de formele geometrice și dimensiunile produsului studiat, precum și de mediul în care se efectuează testele. Pentru a depăși aceste dificultăți, o problemă specifică trebuie rezolvată printr-o metodă acustică strict definită sau, dimpotrivă, mai multe dintre ele ar trebui folosite deodată, depinde de situația specifică. De exemplu, fibra de sticlă se pretează bine unui astfel de studiu, deoarece viteza de propagare a undelor elastice este bună și, prin urmare, sondarea de la capăt la capăt este utilizată pe scară largă, atunci când receptorul și emițătorul sunt situate pe suprafețe opuse ale probei.
Defectoscopy
Metodele defectoscopiei sunt folosite pentru a controla calitatea materialelor din diverse industrii. Există metode nedistructive și distructive. Nedistructive includ următoarele.
1. Detectarea defectelor magnetice este utilizată pentru a determina fisurile de suprafață și lipsa de penetrare. Zonele care au astfel de defecte sunt caracterizate de câmpuri rătăcite. Le puteți detecta cu dispozitive speciale sau pur și simplu aplicați un strat de pulbere magnetică pe toată suprafața. În locurile cu defecte, locația pudrei se va schimba chiar și atunci când este aplicată.
2. Defectoscopia se efectuează și cu ajutorul ultrasunetelor. Fasciculul direcțional va fi reflectat (împrăștiat) diferit, chiar dacă există discontinuități adânc în interiorul eșantionului.
3. Defectele materialului sunt bine evidențiate prin metoda de cercetare a radiațiilor, bazată pe diferența de absorbție a radiațiilor de către un mediu de densitate diferită. Sunt utilizate detectarea defectelor gamma și radiografia.
4. Detectarea defectelor chimice. Dacă suprafața este gravată cu o soluție slabă de acid azotic, acid clorhidric sau un amestec al acestora (aqua regia), atunci în locurile în care există defecte, apare o rețea sub formă de dungi negre. Puteți aplica o metodă prin care amprentele de sulf sunt îndepărtate. În locurile în care materialul este neomogen, sulful ar trebui să își schimbe culoarea.
Metode distructive
Metodele distructive sunt deja parțial demontate aici. Probele sunt testate pentru îndoire, compresie, tensiune, adică se folosesc metode distructive statice. Dacă produsulsunt testate cu sarcini ciclice variabile la încovoiere la impact - se determină proprietățile dinamice. Metodele macroscopice fac o imagine generală a structurii materialului și în volume mari. Pentru un astfel de studiu sunt necesare mostre special lustruite, care sunt supuse gravarii. Deci, este posibil să se identifice forma și aranjarea granulelor, de exemplu, în oțel, prezența cristalelor cu deformare, fibre, cochilii, bule, fisuri și alte neomogenități ale aliajului.
Metodele microscopice studiază microstructura și dezvăluie cele mai mici defecte. Probele sunt șlefuite preliminar, lustruite și apoi gravate în același mod. Testarea ulterioară implică utilizarea de microscoape electrice și optice și analiza de difracție cu raze X. Baza acestei metode este interferența razelor care sunt împrăștiate de atomii unei substanțe. Caracteristicile materialului sunt controlate prin analiza modelului de difracție de raze X. Caracteristicile mecanice ale materialelor determină rezistența acestora, care este principalul lucru pentru construirea de structuri care sunt fiabile și sigure în funcționare. Prin urmare, materialul este testat cu atenție și prin diferite metode în toate condițiile pe care este capabil să le accepte fără a pierde un nivel ridicat de caracteristici mecanice.
Metode de control
Pentru efectuarea încercărilor nedistructive ale caracteristicilor materialelor, alegerea corectă a metodelor eficiente este de mare importanță. Cele mai precise și interesante în acest sens sunt metodele de detectare a defectelor - controlul defectelor. Aici este necesar să se cunoască și să se înțeleagă diferențele dintre metodele de implementare a metodelor de detectare a defectelor și metodele de determinare acaracteristici mecanice, deoarece sunt fundamental diferite unele de altele. Dacă acestea din urmă se bazează pe controlul parametrilor fizici și corelarea lor ulterioară cu caracteristicile mecanice ale materialului, atunci detectarea defectelor se bazează pe conversia directă a radiației care se reflectă dintr-un defect sau care trece printr-un mediu controlat.
Cel mai bun lucru, desigur, este controlul complex. Complexitatea constă în determinarea parametrilor fizici optimi, care pot fi utilizați pentru a identifica rezistența și alte caracteristici fizice și mecanice ale probei. Și, de asemenea, în același timp, este dezvoltat și apoi implementat un set optim de mijloace pentru controlul defectelor structurale. Și, în sfârșit, apare o evaluare integrală a acestui material: performanța acestuia este determinată de o întreagă gamă de parametri care au ajutat la determinarea metodelor nedistructive.
Testări mecanice
Proprietățile mecanice ale materialelor sunt testate și evaluate cu ajutorul acestor teste. Acest tip de control a apărut cu mult timp în urmă, dar încă nu și-a pierdut relevanța. Chiar și materialele moderne de în altă tehnologie sunt adesea și aspru criticate de consumatori. Și acest lucru sugerează că examinările ar trebui efectuate cu mai multă atenție. După cum sa menționat deja, testele mecanice pot fi împărțite în două tipuri: statice și dinamice. Primii verifică produsul sau proba pentru torsiune, tensiune, compresie, încovoiere, iar cel de-al doilea pentru duritate și rezistență la impact. Echipamentele moderne ajută la realizarea acestor proceduri nu prea simple cu o calitate în altă și la identificarea tuturor problemelor operaționale.proprietățile acestui material.
Testările de tensiune pot dezvălui rezistența unui material la efectele tensiunii de tracțiune constante sau crescătoare aplicate. Metoda este veche, testată și de înțeles, folosită de foarte mult timp și este încă folosită pe scară largă. Proba este întinsă de-a lungul axei longitudinale cu ajutorul unui dispozitiv de fixare în mașina de testare. Rata de tracțiune a probei este constantă, sarcina este măsurată de un senzor special. În același timp, este monitorizată alungirea, precum și conformitatea acesteia cu sarcina aplicată. Rezultatele unor astfel de teste sunt extrem de utile dacă vor fi realizate noi modele, deoarece nimeni nu știe încă cum se vor comporta sub sarcină. Numai identificarea tuturor parametrilor de elasticitate a materialului poate sugera. Efort maxim - limita de curgere face definirea sarcinii maxime pe care o poate suporta un anumit material. Acest lucru va ajuta la calcularea marjei de siguranță.
Test de duritate
Rigiditatea materialului se calculează din modulul de elasticitate. Combinația dintre fluiditate și duritate ajută la determinarea elasticității materialului. Dacă procesul tehnologic conține operații precum broșarea, rularea, presarea, atunci este pur și simplu necesar să se cunoască amploarea posibilei deformări plastice. Cu o plasticitate ridicată, materialul va putea lua orice formă sub sarcina corespunzătoare. Un test de compresie poate servi și ca metodă de determinare a marjei de siguranță. Mai ales dacă materialul este fragil.
Duritatea este testată folosindIdentator, care este realizat dintr-un material mult mai dur. Cel mai adesea, acest test se efectuează conform metodei Brinell (este presată o minge), Vickers (identer în formă de piramidă) sau Rockwell (se folosește un con). Un identificator este presat pe suprafața materialului cu o anumită forță pentru o anumită perioadă de timp, apoi se studiază amprenta rămasă pe eșantion. Există și alte teste destul de utilizate pe scară largă: pentru rezistența la impact, de exemplu, atunci când rezistența unui material este evaluată în momentul aplicării unei sarcini.
