Na vyhodnotenie úžitkových vlastností produktov a určenie fyzikálnych a mechanických vlastností materiálov sa používajú rôzne pokyny, GOST a iné regulačné a poradenské dokumenty. Odporúčajú sa aj metódy na testovanie zničenia celej série výrobkov alebo vzoriek z rovnakého druhu materiálu. Toto nie je veľmi ekonomická metóda, ale je účinná.
Definícia charakteristík
Hlavné charakteristiky mechanických vlastností materiálov sú nasledovné.
1. Pevnosť v ťahu alebo pevnosť v ťahu - sila napätia, ktorá je fixovaná pri najvyššom zaťažení pred zničením vzorky. Mechanické charakteristiky pevnosti a plasticity materiálov popisujú vlastnosti pevných látok, aby odolávali nevratným zmenám tvaru a deštrukcii pod vplyvom vonkajšieho zaťaženia.
2. Podmienená medza klzu je napätie, keď zvyšková deformácia dosiahne 0,2 % dĺžky vzorky. Toto jenajmenšie napätie, kým sa vzorka naďalej deformuje bez viditeľného zvýšenia napätia.
3. Hranica dlhodobej pevnosti sa nazýva najväčšie napätie, pri danej teplote, spôsobujúce deštrukciu vzorky na určitý čas. Stanovenie mechanických charakteristík materiálov sa zameriava na maximálne jednotky dlhodobej pevnosti – k deštrukcii dochádza pri 7 000 stupňoch Celzia za 100 hodín.
4. Podmienená medza tečenia je napätie, ktoré spôsobuje pri danej teplote počas určitého času vo vzorke dané predĺženie, ako aj rýchlosť tečenia. Limitom je deformácia kovu počas 100 hodín pri teplote 7 000 stupňov Celzia o 0,2 %. Creep je určitá rýchlosť deformácie kovov pri konštantnom zaťažení a vysokej teplote po dlhú dobu. Tepelná odolnosť je odolnosť materiálu voči zlomeniu a tečeniu.
5. Hranica únavy je najvyššia hodnota namáhania cyklu, keď nedochádza k únavovému porušeniu. Počet zaťažovacích cyklov môže byť daný alebo ľubovoľný v závislosti od toho, ako sa plánuje mechanické skúšanie materiálov. Mechanické vlastnosti zahŕňajú únavu a odolnosť materiálu. Pri pôsobení zaťažení v cykle sa poškodenie hromadí, vytvárajú sa trhliny, čo vedie k zničeniu. Toto je únava. A vlastnosťou odolnosti proti únave je odolnosť.
Natiahnuť a zmenšiť
Materiály používané v strojárstveprax sú rozdelené do dvoch skupín. Prvý je plastický, na zničenie ktorého sa musia objaviť výrazné zvyškové deformácie, druhý je krehký, pri veľmi malých deformáciách sa rúca. Prirodzene, takéto delenie je veľmi ľubovoľné, pretože každý materiál sa v závislosti od vytvorených podmienok môže správať ako krehký, tak aj ako ťažný. Závisí to od povahy napätého stavu, teploty, rýchlosti deformácie a ďalších faktorov.
Mechanické vlastnosti materiálov v ťahu a tlaku sú výrečné pre tvárne aj krehké materiály. Napríklad mäkká oceľ sa testuje v ťahu, zatiaľ čo liatina sa testuje v tlaku. Liatina je krehká, oceľ je ťažná. Krehké materiály majú väčšiu pevnosť v tlaku, pričom deformácia v ťahu je horšia. Plasty majú približne rovnaké mechanické vlastnosti ako materiály v tlaku a ťahu. Ich prah je však stále určený strečingom. Práve tieto metódy dokážu presnejšie určiť mechanické vlastnosti materiálov. Diagram napätia a kompresie je znázornený na ilustráciách tohto článku.
Krehkosť a plasticita
Čo je plasticita a krehkosť? Prvým je schopnosť nezrútiť sa a prijímať zvyškové deformácie vo veľkých množstvách. Táto vlastnosť je rozhodujúca pre najdôležitejšie technologické operácie. Ohýbanie, kreslenie, kreslenie, razenie a mnohé ďalšie operácie závisia od charakteristík plasticity. Medzi tvárne materiály patrí žíhaná meď, mosadz, hliník, mäkká oceľ, zlato a podobne. Oveľa menej tvárny bronza dural. Takmer všetky legované ocele sú veľmi slabo tvárne.
Pevnostné charakteristiky plastových materiálov sa porovnávajú s medzou klzu, o ktorej sa bude diskutovať nižšie. Vlastnosti krehkosti a plasticity sú vo veľkej miere ovplyvnené teplotou a rýchlosťou zaťaženia. Rýchle napätie spôsobuje, že materiál je krehký, zatiaľ čo pomalé napätie ho robí ťažným. Napríklad sklo je krehký materiál, ale pri normálnej teplote vydrží dlhodobé zaťaženie, teda vykazuje vlastnosti plasticity. A mäkká oceľ je ťažná, ale pri nárazovom zaťažení sa javí ako krehký materiál.
Metóda variácie
Fyzikálno-mechanické vlastnosti materiálov sú určené budením pozdĺžnych, ohybových, torzných a iných, ešte zložitejších typov vibrácií a v závislosti od veľkosti vzoriek, tvaru, typu prijímača a budiča, metódami upevnenia a schém na aplikáciu dynamických zaťažení. Touto metódou sú skúšané aj veľkorozmerové výrobky, ak sa výrazne zmení spôsob aplikácie v spôsoboch aplikácie zaťaženia, budenia vibrácií a ich registrovania. Rovnaká metóda sa používa na stanovenie mechanických charakteristík materiálov, keď je potrebné posúdiť tuhosť veľkorozmerných konštrukcií. Táto metóda sa však nepoužíva na lokálne stanovenie charakteristík materiálu vo výrobku. Praktická aplikácia tejto techniky je možná len vtedy, keď sú známe geometrické rozmery a hustota, keď je možné produkt upevniť na podpery a naprodukt - prevodníky, sú potrebné určité teplotné podmienky atď.
Napríklad pri zmene teplotných režimov dôjde k tej či onej zmene, mechanické vlastnosti materiálov sa pri zahrievaní líšia. Takmer všetky telesá sa za týchto podmienok rozťahujú, čo ovplyvňuje ich štruktúru. Každé teleso má určité mechanické vlastnosti materiálov, z ktorých sa skladá. Ak sa tieto charakteristiky nemenia vo všetkých smeroch a zostávajú rovnaké, takéto teleso sa nazýva izotropné. Ak sa menia fyzikálne a mechanické vlastnosti materiálov - anizotropné. Ten je charakteristickým znakom takmer všetkých materiálov, len v inej miere. Ale sú napríklad ocele, kde je anizotropia veľmi nevýznamná. Najvýraznejšie je to v takých prírodných materiáloch, ako je drevo. Vo výrobných podmienkach sa mechanické vlastnosti materiálov určujú prostredníctvom kontroly kvality, kde sa používajú rôzne GOST. Odhad heterogenity sa získa zo štatistického spracovania, keď sa zosumarizujú výsledky testu. Vzorky by mali byť početné a vyrezané zo špecifického dizajnu. Tento spôsob získavania technologických charakteristík sa považuje za dosť pracný.
Akustická metóda
Existuje mnoho akustických metód na určenie mechanických vlastností materiálov a ich charakteristík a všetky sa líšia v spôsoboch vstupu, príjmu a registrácie kmitov v sínusovom a pulznom režime. Akustické metódy sa využívajú napríklad pri štúdiu stavebných materiálov, ich hrúbky a stavu napnutia, pri zisťovaní chýb. Mechanické vlastnosti konštrukčných materiálov sa zisťujú aj pomocou akustických metód. Už sa vyvíja a sériovo vyrába množstvo rôznych elektronických akustických zariadení, ktoré umožňujú zaznamenávať elastické vlny, parametre ich šírenia v sínusovom aj pulznom režime. Na ich základe sa určujú mechanické charakteristiky pevnosti materiálov. Ak sa použijú elastické oscilácie nízkej intenzity, táto metóda sa stáva absolútne bezpečnou.
Nevýhodou akustickej metódy je potreba akustického kontaktu, čo nie je vždy možné. Preto tieto práce nie sú veľmi produktívne, ak je potrebné urýchlene získať mechanické charakteristiky pevnosti materiálov. Výsledok je vo veľkej miere ovplyvnený stavom povrchu, geometrickými tvarmi a rozmermi skúmaného produktu, ako aj prostredím, kde sa testy vykonávajú. Na prekonanie týchto ťažkostí je potrebné riešiť konkrétny problém striktne definovanou akustickou metódou alebo ich naopak použiť viacero naraz, záleží od konkrétnej situácie. Napríklad sklolaminát sa dobre hodí na takúto štúdiu, pretože rýchlosť šírenia elastických vĺn je dobrá, a preto sa široko používa ozvučenie od konca po koniec, keď sú prijímač a vysielač umiestnené na opačných povrchoch vzorky.
Defektoskopia
Metódy defektoskopie sa používajú na kontrolu kvality materiálov v rôznych priemyselných odvetviach. Existujú nedeštruktívne a deštruktívne metódy. Medzi nedeštruktívne patria nasledujúce.
1. Magnetická detekcia defektov sa používa na určenie povrchových trhlín a nedostatočnej penetrácie. Oblasti, ktoré majú takéto defekty, sú charakterizované bludnými poľami. Môžete ich odhaliť špeciálnymi prístrojmi alebo jednoducho naniesť vrstvu magnetického prášku na celý povrch. V miestach defektov sa umiestnenie prášku zmení aj pri aplikácii.
2. Defektoskopia sa vykonáva aj pomocou ultrazvuku. Smerový lúč sa bude odrážať (rozptýliť) inak, aj keď sú hlboko vo vzorke nejaké diskontinuity.
3. Poruchy materiálu dobre ukazuje radiačná metóda výskumu, založená na rozdiele absorpcie žiarenia prostredím rôznej hustoty. Používa sa detekcia gama defektov a röntgen.
4. Detekcia chemických chýb. Ak je povrch leptaný slabým roztokom kyseliny dusičnej, kyseliny chlorovodíkovej alebo ich zmesou (aqua regia), potom sa na miestach, kde sú chyby, objaví sieť vo forme čiernych pruhov. Môžete použiť metódu, pri ktorej sa odstránia sírové výtlačky. V miestach, kde je materiál nehomogénny, by síra mala zmeniť farbu.
Deštruktívne metódy
Deštruktívne metódy sú tu už čiastočne demontované. Vzorky sa testujú na ohyb, stlačenie, ťah, to znamená, že sa používajú statické deštruktívne metódy. Ak výroboksú skúšané premenlivým cyklickým zaťažením pri nárazovom ohybe – zisťujú sa dynamické vlastnosti. Makroskopické metódy vykresľujú všeobecný obraz o štruktúre materiálu a vo veľkých objemoch. Na takúto štúdiu sú potrebné špeciálne leštené vzorky, ktoré sa podrobia leptaniu. Tak je možné identifikovať tvar a usporiadanie zŕn, napríklad v oceli, prítomnosť kryštálov s deformáciou, vlákna, škrupiny, bubliny, praskliny a iné nehomogenity zliatiny.
Mikroskopické metódy študujú mikroštruktúru a odhaľujú najmenšie defekty. Vzorky sú predbežne brúsené, leštené a potom vyleptané rovnakým spôsobom. Ďalšie testovanie zahŕňa použitie elektrických a optických mikroskopov a röntgenovej difrakčnej analýzy. Základom tejto metódy je interferencia lúčov, ktoré sú rozptýlené atómami látky. Charakteristiky materiálu sú kontrolované analýzou rôntgenového difrakčného obrazca. Mechanické vlastnosti materiálov určujú ich pevnosť, čo je hlavná vec pre stavebné konštrukcie, ktoré sú spoľahlivé a bezpečné v prevádzke. Preto je materiál testovaný starostlivo a rôznymi metódami vo všetkých podmienkach, ktoré je schopný akceptovať bez straty vysokej úrovne mechanických vlastností.
Metódy kontroly
Pre vykonávanie nedeštruktívneho testovania charakteristík materiálov má veľký význam správny výber účinných metód. Najpresnejšie a najzaujímavejšie sú v tomto smere metódy detekcie chýb – kontrola defektov. Tu je potrebné poznať a pochopiť rozdiely medzi metódami implementácie metód zisťovania chýb a metódami určovania fyzikálnychmechanické vlastnosti, pretože sa navzájom zásadne líšia. Ak sú tieto založené na kontrole fyzikálnych parametrov a ich následnej korelácii s mechanickými charakteristikami materiálu, potom je detekcia chýb založená na priamej konverzii žiarenia, ktoré sa odráža od defektu alebo prechádza kontrolovaným prostredím.
Najlepšia vec je, samozrejme, komplexná kontrola. Zložitosť spočíva v určení optimálnych fyzikálnych parametrov, pomocou ktorých je možné identifikovať pevnosť a ďalšie fyzikálno-mechanické vlastnosti vzorky. Zároveň sa vyvíja a následne implementuje optimálny súbor prostriedkov na kontrolu štrukturálnych defektov. A nakoniec sa objavuje integrálne hodnotenie tohto materiálu: jeho výkonnosť je určená celým radom parametrov, ktoré pomohli určiť nedeštruktívne metódy.
Mechanické testovanie
Pomocou týchto testov sa testujú a vyhodnocujú mechanické vlastnosti materiálov. Tento typ kontroly sa objavil už dávno, ale stále nestratil svoj význam. Dokonca aj moderné high-tech materiály sú často a tvrdo kritizované spotrebiteľmi. A to naznačuje, že vyšetrenia by sa mali vykonávať opatrnejšie. Ako už bolo uvedené, mechanické skúšky možno rozdeliť na dva typy: statické a dynamické. Prvé kontrolujú výrobok alebo vzorku na krútenie, ťah, stlačenie, ohyb a druhé na tvrdosť a rázovú pevnosť. Moderné vybavenie pomáha vykonávať tieto nie príliš jednoduché postupy kvalitne a identifikovať všetky prevádzkové problémy.vlastnosti tohto materiálu.
Testovanie ťahom môže odhaliť odolnosť materiálu voči účinkom aplikovaného konštantného alebo rastúceho ťahového napätia. Metóda je stará, odskúšaná a zrozumiteľná, používaná veľmi dlho a stále je široko používaná. Vzorka sa natiahne pozdĺž pozdĺžnej osi pomocou upínadla v testovacom stroji. Rýchlosť ťahu vzorky je konštantná, zaťaženie meria špeciálny snímač. Zároveň sa sleduje predĺženie, ako aj jeho súlad s aplikovaným zaťažením. Výsledky takýchto testov sú mimoriadne užitočné, ak sa majú robiť nové konštrukcie, pretože zatiaľ nikto nevie, ako sa budú správať pri zaťažení. Len identifikácia všetkých parametrov pružnosti materiálu môže napovedať. Maximálne napätie - medza klzu určuje maximálne zaťaženie, ktoré daný materiál znesie. Pomôže to vypočítať mieru bezpečnosti.
Test tvrdosti
Tuhosť materiálu sa vypočítava z modulu pružnosti. Kombinácia tekutosti a tvrdosti pomáha určiť elasticitu materiálu. Ak technologický proces obsahuje také operácie ako preťahovanie, valcovanie, lisovanie, potom je jednoducho potrebné poznať veľkosť možnej plastickej deformácie. S vysokou plasticitou bude materiál schopný prijať akýkoľvek tvar pod príslušným zaťažením. Kompresný test môže tiež slúžiť ako metóda na určenie miery bezpečnosti. Najmä ak je materiál krehký.
Tvrdosť sa testuje pomocouIdentifikátor, ktorý je vyrobený z oveľa tvrdšieho materiálu. Najčastejšie sa tento test vykonáva podľa Brinellovej metódy (guľa sa vtlačí), Vickersa (ider v tvare pyramídy) alebo Rockwella (používa sa kužeľ). Určitou silou sa určitý čas vtlačí do povrchu materiálu identifikátor a potom sa študuje odtlačok zostávajúci na vzorke. Existujú aj iné pomerne široko používané testy: napríklad na rázovú pevnosť, keď sa odolnosť materiálu hodnotí v momente pôsobenia zaťaženia.
