För att utvärdera produkters prestandaegenskaper och bestämma de fysiska och mekaniska egenskaperna hos material, används olika instruktioner, GOSTs och andra reglerande och rådgivande dokument. Metoder för att testa förstörelsen av en hel serie produkter eller prover av samma typ av material rekommenderas också. Detta är inte en särskilt ekonomisk metod, men den är effektiv.
Definition av egenskaper
De huvudsakliga egenskaperna hos materialens mekaniska egenskaper är följande.
1. Draghållfasthet eller draghållfasthet - den spänningskraft som är fixerad vid den högsta belastningen innan provet förstörs. De mekaniska egenskaperna hos materialens hållfasthet och plasticitet beskriver fasta ämnens egenskaper att motstå irreversibla förändringar i form och förstörelse under påverkan av yttre belastningar.
2. Den villkorade sträckgränsen är spänningen när den kvarvarande töjningen når 0,2 % av provets längd. Detta ärminsta spänningen medan provet fortsätter att deformeras utan en märkbar ökning av spänningen.
3. Gränsen för långtidshållfasthet kallas den största spänningen, vid en given temperatur, som orsakar förstörelsen av provet under en viss tid. Bestämningen av materialens mekaniska egenskaper fokuserar på de ultimata enheterna för långtidshållfasthet - förstörelse sker vid 7 000 grader Celsius på 100 timmar.
4. Den villkorade krypgränsen är den spänning som vid en given temperatur under en viss tid i provet orsakar en given förlängning, såväl som kryphastigheten. Gränsen är deformationen av metallen under 100 timmar vid 7 000 grader Celsius med 0,2 %. Krypning är en viss deformationshastighet av metaller under konstant belastning och hög temperatur under lång tid. Värmebeständighet är ett materials motståndskraft mot brott och krypning.
5. Utmattningsgränsen är det högsta värdet på cykelspänningen när utmattningsbrott inte inträffar. Antalet laddningscykler kan vara givet eller godtyckligt, beroende på hur den mekaniska provningen av material är planerad. Mekaniska egenskaper inkluderar utmattning och uthållighet hos materialet. Under påverkan av belastningar i cykeln ackumuleras skador, sprickor bildas, vilket leder till förstörelse. Det här är trötthet. Och utmattningsmotståndsegenskapen är uthållighet.
Sträck och krymp
Material som används inom teknikpraktiken delas in i två grupper. Den första är plast, för förstörelsen av vilken betydande restdeformationer måste uppstå, den andra är spröd, kollapsar vid mycket små deformationer. Naturligtvis är en sådan uppdelning mycket godtycklig, eftersom varje material, beroende på de skapade förhållandena, kan uppträda både som sprött och som duktilt. Det beror på typen av spänningstillstånd, temperatur, töjningshastighet och andra faktorer.
De mekaniska egenskaperna hos material i spänning och kompression är vältaliga för både sega och spröda. Exempelvis testas mjukt stål i spänning, medan gjutjärn testas i kompression. Gjutjärn är sprött, stål är formbart. Spröda material har större tryckhållfasthet, medan dragdeformation är värre. Plast har ungefär samma mekaniska egenskaper som material i kompression och spänning. Men deras tröskel bestäms fortfarande av sträckning. Det är dessa metoder som mer exakt kan bestämma materialens mekaniska egenskaper. Spännings- och kompressionsdiagrammet visas i illustrationerna för den här artikeln.
Bräcklighet och plasticitet
Vad är plasticitet och skörhet? Den första är förmågan att inte kollapsa, ta emot kvarvarande deformationer i stora mängder. Denna egenskap är avgörande för de viktigaste tekniska operationerna. Böjning, ritning, ritning, stämpling och många andra operationer beror på egenskaperna hos plasticitet. Duktila material inkluderar glödgat koppar, mässing, aluminium, mjukt stål, guld och liknande. Mycket mindre seg bronsoch dural. Nästan alla legerade stål är mycket svagt sega.
Plastmaterials hållfasthetsegenskaper jämförs med sträckgränsen, som kommer att diskuteras nedan. Egenskaperna för sprödhet och plasticitet påverkas i hög grad av temperatur och belastningshastighet. Snabb spänning gör materialet sprött, medan långsam spänning gör det formbart. Till exempel är glas ett sprött material, men det tål en långvarig belastning om temperaturen är normal, det vill säga det visar plasticitetens egenskaper. Och mjukt stål är formbart, men under stötbelastning framstår det som ett sprött material.
Variationsmetod
Materialens fysikalisk-mekaniska egenskaper bestäms av exciteringen av longitudinella, böjda, vridnings- och andra, ännu mer komplexa typer av vibrationer, och beroende på storleken på proverna, former, typer av mottagare och exciter, metoder av infästning och scheman för applicering av dynamiska belastningar. Stora produkter är också föremål för testning med denna metod, om appliceringsmetoden i metoderna för att applicera belastningen, excitation av vibrationer och registrera dem väsentligt ändras. Samma metod används för att bestämma de mekaniska egenskaperna hos material när det är nödvändigt att bedöma styvheten hos stora strukturer. Denna metod används dock inte för lokal bestämning av materialegenskaper i en produkt. Den praktiska tillämpningen av tekniken är endast möjlig när de geometriska dimensionerna och densiteten är kända, när det är möjligt att fixera produkten på stöd och påprodukt - omvandlare, vissa temperaturförhållanden behövs, etc.
Till exempel, när man ändrar temperaturregimer, sker en eller annan förändring, de mekaniska egenskaperna hos material blir annorlunda när de värms upp. Nästan alla kroppar expanderar under dessa förhållanden, vilket påverkar deras struktur. Varje kropp har vissa mekaniska egenskaper hos de material som den är sammansatt av. Om dessa egenskaper inte förändras i alla riktningar och förblir desamma kallas en sådan kropp isotropisk. Om de fysiska och mekaniska egenskaperna hos material förändras - anisotropisk. Det senare är ett karakteristiskt drag för nästan alla material, bara i en annan utsträckning. Men det finns till exempel stål, där anisotropin är väldigt obetydlig. Det är mest uttalat i sådana naturliga material som trä. Under produktionsförhållanden bestäms materialens mekaniska egenskaper genom kvalitetskontroll, där olika GOST används. En uppskattning av heterogenitet erhålls från statistisk bearbetning när testresultaten sammanfattas. Proverna bör vara många och skäras från en specifik design. Denna metod för att erhålla tekniska egenskaper anses vara ganska mödosam.
Akustisk metod
Det finns många akustiska metoder för att bestämma de mekaniska egenskaperna hos material och deras egenskaper, och de skiljer sig alla åt när det gäller inmatning, mottagning och registrering av oscillationer i sinusformade och pulsade lägen. Akustiska metoder används vid undersökning av till exempel byggnadsmaterial, deras tjocklek och spänningstillstånd, vid feldetektering. De mekaniska egenskaperna hos konstruktionsmaterial bestäms också med akustiska metoder. Många olika elektroniska akustiska enheter utvecklas och massproduceras redan, vilket möjliggör inspelning av elastiska vågor, deras utbredningsparametrar både i sinusformade och pulsade lägen. På grundval av dem bestäms de mekaniska egenskaperna hos materialstyrkan. Om elastiska oscillationer med låg intensitet används blir denna metod absolut säker.
Nackdelen med den akustiska metoden är behovet av akustisk kontakt, vilket inte alltid är möjligt. Därför är dessa arbeten inte särskilt produktiva om det är nödvändigt att snabbt få de mekaniska egenskaperna hos materialstyrkan. Resultatet påverkas i hög grad av ytans tillstånd, de geometriska formerna och dimensionerna hos produkten som studeras, samt miljön där testerna utförs. För att övervinna dessa svårigheter måste ett specifikt problem lösas med en strikt definierad akustisk metod eller tvärtom, flera av dem bör användas samtidigt, det beror på den specifika situationen. Till exempel lämpar sig glasfiber väl för en sådan studie, eftersom utbredningshastigheten för elastiska vågor är god, och därför används änd-till-änd-ljud i stor utsträckning när mottagaren och sändaren är placerade på motsatta ytor av provet.
Defektoskopi
Defektoskopimetoder används för att kontrollera kvaliteten på material i olika industrier. Det finns oförstörande och destruktiva metoder. Icke-förstörande inkluderar följande.
1. Magnetisk feldetektering används för att fastställa ytsprickor och bristande penetration. Områden som har sådana defekter kännetecknas av herrelösa fält. Du kan upptäcka dem med speciella enheter eller helt enkelt applicera ett lager av magnetiskt pulver över hela ytan. På platser med defekter kommer pulvrets placering att ändras även när det appliceras.
2. Defektoskopi utförs också med hjälp av ultraljud. Riktningsstrålen kommer att reflekteras (spridda) annorlunda, även om det finns några diskontinuiteter djupt inuti provet.
3. Defekter i materialet visas väl av forskningens strålningsmetod, baserad på skillnaden i absorption av strålning av ett medium med olika densitet. Gammadetektering och röntgen används.
4. Detektering av kemiska fel. Om ytan är etsad med en svag lösning av salpetersyra, s altsyra eller en blandning av dem (aqua regia), uppträder ett nätverk på platser där det finns defekter i form av svarta ränder. Du kan tillämpa en metod där svaveltryck tas bort. På platser där materialet är inhomogent bör svavel ändra färg.
Destruktiva metoder
Destruktiva metoder är redan delvis demonterade här. Prover testas för böjning, kompression, spänning, det vill säga statiska destruktiva metoder används. Om produktentestas med varierande cykliska belastningar på stötböjning - dynamiska egenskaper bestäms. Makroskopiska metoder ger en allmän bild av materialets struktur och i stora volymer. För en sådan studie behövs speciellt polerade prover, som utsätts för etsning. Så det är möjligt att identifiera formen och arrangemanget av korn, till exempel i stål, närvaron av kristaller med deformation, fibrer, skal, bubblor, sprickor och andra inhomogeniteter hos legeringen.
Mikroskopiska metoder studerar mikrostrukturen och avslöjar de minsta defekterna. Proverna är preliminärt slipade, polerade och etsade sedan på samma sätt. Ytterligare tester involverar användning av elektriska och optiska mikroskop och röntgendiffraktionsanalys. Grunden för denna metod är störningen av strålar som sprids av ett ämnes atomer. Materialets egenskaper styrs genom att analysera röntgendiffraktionsmönstret. Materialens mekaniska egenskaper bestämmer deras styrka, vilket är det viktigaste för att bygga strukturer som är pålitliga och säkra i drift. Därför testas materialet noggrant och med olika metoder under alla förhållanden som det kan acceptera utan att förlora en hög nivå av mekaniska egenskaper.
Kontrollmetoder
För att utföra oförstörande provning av materialens egenskaper är rätt val av effektiva metoder av stor vikt. De mest exakta och intressanta i detta avseende är metoderna för feldetektering - defektkontroll. Här är det nödvändigt att känna till och förstå skillnaderna mellan metoder för att implementera feldetekteringsmetoder och metoder för att bestämma den fysiskamekaniska egenskaper, eftersom de är fundament alt olika varandra. Om de senare är baserade på kontroll av fysiska parametrar och deras efterföljande korrelation med materialets mekaniska egenskaper, så baseras feldetektering på den direkta omvandlingen av strålning som reflekteras från en defekt eller passerar genom en kontrollerad miljö.
Det bästa är förstås komplex kontroll. Komplexiteten ligger i bestämningen av de optimala fysikaliska parametrarna, som kan användas för att identifiera styrkan och andra fysiska och mekaniska egenskaper hos provet. Och samtidigt utvecklas och implementeras en optimal uppsättning medel för att kontrollera strukturella defekter. Och slutligen visas en integrerad bedömning av detta material: dess prestanda bestäms av en hel rad parametrar som hjälpte till att bestämma oförstörande metoder.
Mekanisk testning
Mekaniska egenskaper hos material testas och utvärderas med hjälp av dessa tester. Denna typ av kontroll dök upp för länge sedan, men har fortfarande inte förlorat sin relevans. Även moderna högteknologiska material kritiseras ofta och hårt av konsumenterna. Och detta talar för att undersökningarna bör genomföras mer noggrant. Som redan nämnts kan mekaniska tester delas in i två typer: statiska och dynamiska. Den förra kontrollerar produkten eller provet för vridning, spänning, kompression, böjning och den senare för hårdhet och slaghållfasthet. Modern utrustning hjälper till att utföra dessa inte alltför enkla procedurer med hög kvalitet och att identifiera alla driftsproblem.egenskaper hos detta material.
Spänningsprovning kan avslöja ett materials motståndskraft mot effekterna av applicerad konstant eller ökande dragspänning. Metoden är gammal, beprövad och begriplig, använd under mycket lång tid och används fortfarande flitigt. Provet sträcks ut längs den längsgående axeln med hjälp av en fixtur i testmaskinen. Provets draghastighet är konstant, belastningen mäts av en speciell sensor. Samtidigt övervakas förlängningen, liksom dess överensstämmelse med den applicerade belastningen. Resultaten av sådana tester är extremt användbara om nya konstruktioner ska göras, eftersom ingen ännu vet hur de kommer att bete sig under belastning. Endast identifieringen av alla parametrar för materialets elasticitet kan antyda. Maximal spänning - sträckgränsen gör definitionen av den maximala belastningen som ett givet material tål. Detta hjälper till att beräkna säkerhetsmarginalen.
Hårdhetstest
Styvheten hos materialet beräknas från elasticitetsmodulen. Kombinationen av flytbarhet och hårdhet hjälper till att bestämma materialets elasticitet. Om den tekniska processen innehåller sådana operationer som brytning, rullning, pressning, är det helt enkelt nödvändigt att veta storleken på möjlig plastisk deformation. Med hög plasticitet kommer materialet att kunna ta vilken form som helst under lämplig belastning. Ett kompressionstest kan också fungera som en metod för att bestämma säkerhetsmarginalen. Speciellt om materialet är ömtåligt.
Hårdhet testas medIdentator, som är gjord av ett mycket hårdare material. Oftast utförs detta test enligt Brinell-metoden (en boll trycks in), Vickers (en pyramidformad identifierare) eller Rockwell (en kon används). En identifierare pressas in i materialets yta med en viss kraft under en viss tid, och sedan studeras avtrycket som finns kvar på provet. Det finns andra ganska allmänt använda tester: för slaghållfasthet, till exempel när motståndet hos ett material utvärderas vid anbringandet av en belastning.
