Za ocenjevanje lastnosti delovanja izdelkov in določitev fizikalnih in mehanskih lastnosti materialov se uporabljajo različna navodila, GOST in drugi regulativni in svetovalni dokumenti. Priporočljive so tudi metode za testiranje uničenja cele serije izdelkov ali vzorcev iste vrste materiala. To ni zelo ekonomična metoda, vendar je učinkovita.
Definicija značilnosti
Glavne značilnosti mehanskih lastnosti materialov so naslednje.
1. Natezna trdnost ali natezna trdnost - tista sila napetosti, ki je fiksirana pri največji obremenitvi pred uničenjem vzorca. Mehanske značilnosti trdnosti in plastičnosti materialov opisujejo lastnosti trdnih snovi, da se uprejo nepopravljivim spremembam oblike in uničenju pod vplivom zunanjih obremenitev.
2. Pogojna meja tečenja je napetost, ko preostala deformacija doseže 0,2 % dolžine vzorca. to jenajmanjša obremenitev, medtem ko se vzorec še naprej deformira brez opaznega povečanja napetosti.
3. Meja dolgotrajne trdnosti se imenuje največji stres pri določeni temperaturi, ki povzroči uničenje vzorca za določen čas. Določanje mehanskih lastnosti materialov se osredotoča na končne enote dolgotrajne trdnosti – uničenje se pojavi pri 7.000 stopinjah Celzija v 100 urah.
4. Pogojna meja lezenja je napetost, ki pri določeni temperaturi povzroči določen čas v vzorcu določeno raztezek, kot tudi hitrost lezenja. Meja je deformacija kovine 100 ur pri 7000 stopinjah Celzija za 0,2%. Polzenje je določena stopnja deformacije kovin pri stalni obremenitvi in visoki temperaturi za dolgo časa. Toplotna odpornost je odpornost materiala na lom in lezenje.
5. Meja utrujenosti je najvišja vrednost ciklične napetosti, ko ne pride do okvare zaradi utrujenosti. Število obremenitvenih ciklov je lahko podano ali poljubno, odvisno od tega, kako je načrtovano mehansko preizkušanje materialov. Mehanske značilnosti vključujejo utrujenost in vzdržljivost materiala. Pod delovanjem obremenitev v ciklu se kopičijo poškodbe, nastanejo razpoke, ki vodijo v uničenje. To je utrujenost. Lastnost odpornosti proti utrujenosti pa je vzdržljivost.
Raztegni in skrči
Materiali, ki se uporabljajo v inženirstvuprakse so razdeljene v dve skupini. Prva je plastična, za uničenje katere se morajo pojaviti znatne preostale deformacije, druga je krhka, ki se zruši pri zelo majhnih deformacijah. Seveda je takšna delitev zelo poljubna, saj se lahko vsak material, odvisno od ustvarjenih pogojev, obnaša tako kot krhek kot duktilen. Odvisno je od narave stresnega stanja, temperature, stopnje deformacije in drugih dejavnikov.
Mehanske lastnosti materialov pri napetosti in stiskanju so zgovorne tako za duktilne kot za krhke. Na primer, blago jeklo se testira na napetost, medtem ko se lito železo testira na stiskanje. Lito železo je krhko, jeklo je duktilno. Krhki materiali imajo večjo tlačno trdnost, medtem ko je natezna deformacija slabša. Plastika ima približno enake mehanske lastnosti materialov pri stiskanju in napetosti. Vendar je njihov prag še vedno določen z raztezanjem. Prav te metode lahko natančneje določijo mehanske lastnosti materialov. Diagram napetosti in stiskanja je prikazan na ilustracijah za ta članek.
Krhkost in plastičnost
Kaj je plastičnost in krhkost? Prva je zmožnost, da se ne zrušijo, prejemajo preostale deformacije v velikih količinah. Ta lastnost je odločilna za najpomembnejše tehnološke operacije. Upogibanje, risanje, risanje, žigosanje in številne druge operacije so odvisne od značilnosti plastičnosti. Nodularni materiali vključujejo žarjen baker, medenino, aluminij, blago jeklo, zlato in podobno. Veliko manj nodularnega bronain dural. Skoraj vsa legirana jekla so zelo šibko duktilna.
Možnosti trdnosti plastičnih materialov se primerjajo z mejo tečenja, ki bo obravnavana v nadaljevanju. Na lastnosti krhkosti in plastičnosti močno vplivata temperatura in hitrost obremenitve. Hitra napetost naredi material krhek, medtem ko ga počasna napetost naredi duktilnega. Na primer, steklo je krhek material, vendar lahko prenese dolgotrajno obremenitev, če je temperatura normalna, torej kaže lastnosti plastičnosti. In blago jeklo je duktilno, vendar se pod udarnimi obremenitvami zdi kot krhek material.
Način variacije
Fizikalno-mehanske lastnosti materialov so določene z vzbujanjem vzdolžnih, upogibnih, torzijskih in drugih, še bolj zapletenih vrst tresljajev ter glede na velikost vzorcev, oblike, vrste sprejemnika in vzbujevalnika, metode pritrditve in sheme za uporabo dinamičnih obremenitev. Po tej metodi se testirajo tudi izdelki velikih dimenzij, če se način uporabe pri metodah uporabe obremenitve, vzbujanja tresljajev in njihove registracije bistveno spremeni. Ista metoda se uporablja za določanje mehanskih lastnosti materialov, ko je treba oceniti togost konstrukcij velikih velikosti. Vendar se ta metoda ne uporablja za lokalno določanje lastnosti materiala v izdelku. Praktična uporaba tehnike je možna le, če so znane geometrijske dimenzije in gostota, ko je mogoče izdelek pritrditi na nosilce in naizdelek - pretvorniki, potrebni so določeni temperaturni pogoji itd.
Na primer, pri spreminjanju temperaturnih režimov pride do ene ali druge spremembe, mehanske lastnosti materialov se pri segrevanju spremenijo. V teh pogojih se skoraj vsa telesa razširijo, kar vpliva na njihovo strukturo. Vsako telo ima določene mehanske lastnosti materialov, iz katerih je sestavljeno. Če se te lastnosti ne spremenijo v vseh smereh in ostanejo enake, se takšno telo imenuje izotropno. Če se fizikalne in mehanske lastnosti materialov spremenijo - anizotropne. Slednje je značilno za skoraj vse materiale, le v različni meri. Obstajajo pa na primer jekla, kjer je anizotropija zelo nepomembna. Najbolj izrazita je pri naravnih materialih, kot je les. V proizvodnih pogojih se mehanske lastnosti materialov določajo s kontrolo kakovosti, kjer se uporabljajo različni GOST. Ocena heterogenosti se pridobi s statistično obdelavo, ko se povzamejo rezultati testa. Vzorci morajo biti številni in izrezani iz določenega dizajna. Ta način pridobivanja tehnoloških lastnosti velja za precej napornega.
Akustična metoda
Obstaja veliko akustičnih metod za določanje mehanskih lastnosti materialov in njihovih lastnosti, vse pa se razlikujejo po načinih vnosa, sprejema in registracije nihanj v sinusnih in impulznih načinih. Akustične metode se uporabljajo pri preučevanju, na primer, gradbenih materialov, njihove debeline in napetostnega stanja med odkrivanjem napak. Z akustičnimi metodami se določijo tudi mehanske lastnosti konstrukcijskih materialov. Razvijajo se in serijsko proizvajajo že številne različne elektronske akustične naprave, ki omogočajo snemanje elastičnih valov, parametrov njihovega širjenja tako v sinusoidnem kot v impulznem načinu. Na njihovi podlagi se določijo mehanske značilnosti trdnosti materialov. Če se uporabijo elastična nihanja nizke intenzivnosti, postane ta metoda popolnoma varna.
Pomanjkljivost akustične metode je potreba po akustičnem stiku, ki pa ni vedno mogoč. Zato ta dela niso zelo produktivna, če je treba nujno pridobiti mehanske lastnosti trdnosti materialov. Na rezultat močno vplivajo stanje površine, geometrijske oblike in dimenzije izdelka, ki ga preučujemo, ter okolje, kjer se izvajajo testi. Za premagovanje teh težav je treba določen problem rešiti s strogo določeno akustično metodo ali, nasprotno, uporabiti več naenkrat, odvisno od specifične situacije. Na primer, steklena vlakna so primerna za takšno študijo, saj je hitrost širjenja elastičnih valov dobra, zato se sondiranje od konca do konca pogosto uporablja, ko sta sprejemnik in oddajnik nameščena na nasprotnih površinah vzorca.
defektoskopija
Defektoskopske metode se uporabljajo za nadzor kakovosti materialov v različnih panogah. Obstajajo nedestruktivne in destruktivne metode. Nedestruktivni vključujejo naslednje.
1. Magnetno zaznavanje napak se uporablja za ugotavljanje površinskih razpok in pomanjkanja penetracije. Za območja, ki imajo takšne napake, so značilna zatečena polja. Zaznate jih lahko s posebnimi napravami ali pa preprosto nanesete plast magnetnega prahu po celotni površini. Na mestih okvar se bo lokacija prahu spremenila tudi po nanosu.
2. Defektoskopija se izvaja tudi s pomočjo ultrazvoka. Usmerjeni žarek se bo odražal (razpršil) drugače, tudi če so globoko v vzorcu kakršne koli prekinitve.
3. Napake v materialu dobro pokaže sevalna metoda raziskovanja, ki temelji na razliki v absorpciji sevanja z medijem različne gostote. Uporabljata se zaznavanje napak gama in rentgenski žarki.
4. Kemično odkrivanje napak. Če je površina jedkana s šibko raztopino dušikove kisline, klorovodikove kisline ali njihove mešanice (aqua regia), se na mestih, kjer so napake, pojavi mreža v obliki črnih črt. Uporabite lahko metodo, pri kateri se žveplovi odtisi odstranijo. Na mestih, kjer je material nehomogen, mora žveplo spremeniti barvo.
Destruktivne metode
Destruktivne metode so tu že delno razstavljene. Vzorci se testirajo na upogibanje, stiskanje, napetost, torej se uporabljajo statične destruktivne metode. Če izdelekso preizkušene s spremenljivimi cikličnimi obremenitvami pri udarnem upogibu - določijo se dinamične lastnosti. Makroskopske metode rišejo splošno sliko strukture materiala in v velikih količinah. Za takšno študijo so potrebni posebej polirani vzorci, ki so podvrženi jedkanju. Torej je mogoče prepoznati obliko in razporeditev zrn, na primer v jeklu, prisotnost kristalov z deformacijo, vlaken, lupine, mehurčke, razpoke in druge nehomogenosti zlitine.
Mikroskopske metode preučujejo mikrostrukturo in razkrijejo najmanjše napake. Vzorci so predhodno brušeni, polirani in nato na enak način jedkani. Nadaljnje testiranje vključuje uporabo električnih in optičnih mikroskopov ter rentgensko difrakcijsko analizo. Osnova te metode je interferenca žarkov, ki jih razpršijo atomi snovi. Lastnosti materiala kontroliramo z analizo rentgenskega difrakcijskega vzorca. Mehanske lastnosti materialov določajo njihovo trdnost, kar je glavna stvar za zanesljive in varne gradbene konstrukcije. Zato je material preizkušen skrbno in z različnimi metodami v vseh pogojih, ki jih lahko sprejme brez izgube visoke stopnje mehanskih lastnosti.
Nadzorne metode
Za izvajanje neporušnega testiranja lastnosti materialov je zelo pomembna prava izbira učinkovitih metod. Najbolj natančne in zanimive v tem pogledu so metode odkrivanja napak - nadzor napak. Tukaj je treba poznati in razumeti razlike med metodami za izvajanje metod detekcije napak in metodami za določanje fizikalnihmehanske lastnosti, saj se med seboj bistveno razlikujejo. Če slednji temeljijo na nadzoru fizičnih parametrov in njihovi kasnejši korelaciji z mehanskimi lastnostmi materiala, potem odkrivanje napak temelji na neposredni pretvorbi sevanja, ki se odbija od okvare ali prehaja skozi nadzorovano okolje.
Najboljša stvar je seveda zapleten nadzor. Kompleksnost je v določitvi optimalnih fizikalnih parametrov, s katerimi je mogoče identificirati trdnost in druge fizikalno-mehanske lastnosti vzorca. Hkrati se razvije in nato izvede optimalen nabor sredstev za nadzor strukturnih napak. In končno se pojavi celostna ocena tega materiala: njegovo delovanje je določeno s celo vrsto parametrov, ki so pomagali določiti nedestruktivne metode.
Mehansko testiranje
Mehanske lastnosti materialov se testirajo in ocenjujejo s pomočjo teh testov. Ta vrsta nadzora se je pojavila že dolgo nazaj, vendar še vedno ni izgubila pomembnosti. Tudi sodobne visokotehnološke materiale potrošniki pogosto in močno kritizirajo. In to nakazuje, da je treba preglede izvajati bolj previdno. Kot smo že omenili, lahko mehanske preizkuse razdelimo na dve vrsti: statične in dinamične. Prvi preverijo izdelek ali vzorec na torzijo, napetost, stiskanje, upogibanje, drugi pa glede trdote in udarne trdnosti. Sodobna oprema pomaga kakovostno izvesti te ne preveč preproste postopke in prepoznati vse operativne težave.lastnosti tega materiala.
Natezno testiranje lahko razkrije odpornost materiala na učinke uporabljene konstantne ali naraščajoče natezne napetosti. Metoda je stara, preizkušena in razumljiva, se uporablja že zelo dolgo in se še vedno pogosto uporablja. Vzorec se raztegne vzdolž vzdolžne osi s pomočjo pritrditve v preskusnem stroju. Natezna stopnja vzorca je konstantna, obremenitev meri poseben senzor. Hkrati se spremlja raztezek in njegova skladnost z uporabljeno obremenitvijo. Rezultati tovrstnih testov so izredno uporabni pri izdelavi novih modelov, saj še nihče ne ve, kako se bodo obnašali pod obremenitvijo. Samo identifikacija vseh parametrov elastičnosti materiala lahko predlaga. Največja napetost - meja tečenja določa največjo obremenitev, ki jo lahko prenese določen material. To bo pomagalo izračunati varnostno mejo.
test trdote
Togost materiala se izračuna iz modula elastičnosti. Kombinacija fluidnosti in trdote pomaga določiti elastičnost materiala. Če tehnološki proces vsebuje takšne operacije, kot so napenjanje, valjanje, stiskanje, potem je preprosto potrebno poznati obseg možne plastične deformacije. Z visoko plastičnostjo bo material pod ustrezno obremenitvijo lahko prevzel kakršno koli obliko. Kompresijski preskus lahko služi tudi kot metoda za določanje meje varnosti. Še posebej, če je material krhek.
Trdota se testira z uporaboIdentator, ki je izdelan iz veliko tršega materiala. Najpogosteje se ta test izvaja po metodi Brinell (vtisne se krogla), Vickers (piramidni identer) ali Rockwell (uporablja se stožec). Identifikator se za določen čas z določeno silo vtisne na površino materiala, nato pa se preuči odtis, ki ostane na vzorcu. Obstajajo tudi drugi precej razširjeni testi: za udarno trdnost, na primer, ko se oceni odpornost materiala v trenutku uporabe obremenitve.
