За оценка на експлоатационните свойства на продуктите и определяне на физико-механичните характеристики на материалите се използват различни инструкции, GOST и други регулаторни и консултативни документи. Препоръчват се и методи за тестване на разрушаването на цяла серия продукти или проби от един и същи вид материал. Това не е много икономичен метод, но е ефективен.
Определение на характеристики
Основните характеристики на механичните свойства на материалите са както следва.
1. Якост на опън или якост на опън - тази сила на напрежение, която е фиксирана при най-голямото натоварване преди разрушаването на пробата. Механичните характеристики на якостта и пластичността на материалите описват свойствата на твърдите тела да издържат на необратими промени във формата и разрушаване под въздействието на външни натоварвания.
2. Условната граница на провлачване е напрежението, когато остатъчното напрежение достигне 0,2% от дължината на пробата. Това енай-малкото напрежение, докато образецът продължава да се деформира без забележимо увеличение на напрежението.
3. Границата на дългосрочна якост се нарича най-голямото напрежение при дадена температура, което причинява разрушаване на пробата за определено време. Определянето на механичните характеристики на материалите се фокусира върху крайните единици на дълготрайна якост - разрушаването настъпва при 7000 градуса по Целзий за 100 часа.
4. Условната граница на пълзене е напрежението, което причинява при дадена температура за определено време в пробата дадено удължение, както и скоростта на пълзене. Границата е деформацията на метала за 100 часа при 7000 градуса по Целзий с 0,2%. Пълзенето е определена скорост на деформация на метали при постоянно натоварване и висока температура за дълго време. Топлоустойчивостта е устойчивостта на материала срещу счупване и пълзене.
5. Границата на умора е най-високата стойност на напрежението в цикъла, когато не настъпи повреда от умора. Броят на циклите на натоварване може да бъде даден или произволен, в зависимост от това как е планирано механичното изпитване на материалите. Механичните характеристики включват умора и издръжливост на материала. Под действието на натоварвания в цикъла се натрупват повреди, образуват се пукнатини, което води до разрушаване. Това е умора. А свойството устойчивост на умора е издръжливост.
Разтягане и свиване
Материали, използвани в инженерствотопрактиката са разделени на две групи. Първият е пластичен, за чието разрушаване трябва да се появят значителни остатъчни деформации, вторият е крехък, срутващ се при много малки деформации. Естествено, такова разделение е много произволно, тъй като всеки материал, в зависимост от създадените условия, може да се държи както като крехък, така и като пластичен. Зависи от естеството на стресовото състояние, температурата, скоростта на деформация и други фактори.
Механичните характеристики на материалите при опън и натиск са красноречиви както за пластични, така и за крехки. Например, меката стомана се тества на опън, докато чугунът се изпитва на натиск. Чугунът е крехък, стоманата е пластична. Крехките материали имат по-голяма якост на натиск, докато деформацията на опън е по-лоша. Пластмасата има приблизително същите механични характеристики на материалите при натиск и опън. Въпреки това, техният праг все още се определя чрез разтягане. Именно тези методи могат по-точно да определят механичните характеристики на материалите. Диаграмата на напрежение и компресия е показана в илюстрациите към тази статия.
Крехкост и пластичност
Какво е пластичност и крехкост? Първият е способността да не се срутва, получавайки остатъчни деформации в големи количества. Това свойство е решаващо за най-важните технологични операции. Огъване, изтегляне, изтегляне, щамповане и много други операции зависят от характеристиките на пластичността. Пластилните материали включват отгрявана мед, месинг, алуминий, мека стомана, злато и други подобни. Много по-малко пластичен бронзи дурал. Почти всички легирани стомани са много слабо пластични.
Характеристиките на якост на пластмасовите материали се сравняват с границата на провлачване, която ще бъде разгледана по-долу. Свойствата на крехкостта и пластичността са силно повлияни от температурата и скоростта на натоварване. Бързото опъване прави материала крехък, докато бавното го прави пластичен. Например стъклото е крехък материал, но може да издържи дългосрочно натоварване, ако температурата е нормална, тоест показва свойствата на пластичност. А меката стомана е пластична, но при ударно натоварване изглежда като крехък материал.
Метод на вариация
Физико-механичните характеристики на материалите се определят от възбуждането на надлъжни, огъващи, усукващи и други, дори по-сложни видове вибрации, и в зависимост от размера на образците, формите, видовете приемник и възбудител, методите на закрепване и схеми за прилагане на динамични натоварвания. Продуктите с големи размери също подлежат на изпитване по този метод, ако методът на приложение в методите за прилагане на натоварване, възбуждане на вибрации и тяхното регистриране е значително променен. Същият метод се използва за определяне на механичните характеристики на материалите, когато е необходимо да се оцени твърдостта на конструкции с големи размери. Този метод обаче не се използва за локално определяне на характеристиките на материала в продукта. Практическото приложение на техниката е възможно само когато са известни геометричните размери и плътност, когато е възможно продуктът да се фиксира върху опори и върхупродукт - преобразуватели, необходими са определени температурни условия и т.н.
Например, когато се променят температурните режими, настъпва една или друга промяна, механичните характеристики на материалите стават различни при нагряване. При тези условия почти всички тела се разширяват, което се отразява на структурата им. Всяко тяло има определени механични характеристики на материалите, от които е съставено. Ако тези характеристики не се променят във всички посоки и остават същите, такова тяло се нарича изотропно. Ако физико-механичните характеристики на материалите се променят - анизотропни. Последното е характерна особеност на почти всички материали, само в различна степен. Но има например стомани, при които анизотропията е много незначителна. Тя е най-силно изразена в такива естествени материали като дърво. В производствените условия механичните характеристики на материалите се определят чрез контрол на качеството, където се използват различни GOST. Оценка на хетерогенността се получава от статистическа обработка, когато резултатите от теста се обобщават. Пробите трябва да са многобройни и изрязани от конкретен дизайн. Този метод за получаване на технологични характеристики се счита за доста трудоемък.
Акустичен метод
Има много акустични методи за определяне на механичните свойства на материалите и техните характеристики, като всички те се различават по начините на въвеждане, приемане и регистриране на трептения в синусоидален и импулсен режим. Акустичните методи се използват при изследване, например, на строителни материали, тяхната дебелина и състояние на напрежение по време на откриване на дефекти. Механичните характеристики на конструктивните материали също се определят с помощта на акустични методи. Вече се разработват и масово произвеждат множество различни електронни акустични устройства, които позволяват записване на еластични вълни, параметрите на тяхното разпространение както в синусоидален, така и в импулсен режим. На тяхна основа се определят механичните характеристики на якостта на материалите. Ако се използват еластични трептения с ниска интензивност, този метод става абсолютно безопасен.
Недостатъкът на акустичния метод е необходимостта от акустичен контакт, което не винаги е възможно. Следователно тези работи не са много продуктивни, ако е необходимо спешно да се получат механичните характеристики на якостта на материалите. Резултатът е силно повлиян от състоянието на повърхността, геометричните форми и размерите на изследвания продукт, както и от средата, в която се провеждат тестовете. За да се преодолеят тези трудности, трябва да се реши конкретен проблем чрез строго определен акустичен метод или, напротив, да се използват няколко от тях наведнъж, зависи от конкретната ситуация. Например, фибростъклото е подходящо за такова изследване, тъй като скоростта на разпространение на еластичните вълни е добра и следователно звукът от край до край се използва широко, когато приемникът и излъчвателят са разположени на противоположни повърхности на пробата.
Дефектоскопия
Методите за дефектоскопия се използват за контрол на качеството на материалите в различни индустрии. Има неразрушителни и разрушителни методи. Неразрушителни включват следното.
1. Магнитното откриване на дефекти се използва за определяне на повърхностни пукнатини и липса на проникване. Зоните, които имат такива дефекти, се характеризират с блуждаещи полета. Можете да ги откриете със специални устройства или просто да нанесете слой магнитен прах върху цялата повърхност. На места с дефекти местоположението на праха ще се промени дори при нанасяне.
2. Дефектоскопията се извършва и с помощта на ултразвук. Насоченият лъч ще бъде отразен (разпръснат) по различен начин, дори ако има някакви прекъсвания дълбоко в пробата.
3. Дефектите в материала са добре показани от радиационния метод на изследване, базиран на разликата в поглъщането на радиация от среда с различна плътност. Използват се детекция на гама дефекти и рентгенови лъчи.
4. Химично откриване на дефекти. Ако повърхността е гравирана със слаб разтвор на азотна киселина, солна киселина или смес от тях (царска вода), тогава на места, където има дефекти, се появява мрежа под формата на черни ивици. Можете да приложите метод, при който се премахват серни отпечатъци. На места, където материалът е нехомогенен, сярата трябва да промени цвета си.
Разрушителни методи
Разрушителните методи вече са частично демонтирани тук. Пробите се тестват за огъване, компресия, опън, тоест се използват статични разрушителни методи. Ако продуктътизпитват се с променливи циклични натоварвания при ударно огъване - определят се динамични свойства. Макроскопските методи рисуват обща картина на структурата на материала и в големи обеми. За такова изследване са необходими специално полирани проби, които се подлагат на ецване. Така че е възможно да се идентифицира формата и подредбата на зърната, например в стоманата, наличието на кристали с деформация, влакна, черупки, мехурчета, пукнатини и други нехомогенности на сплавта.
Микроскопските методи изследват микроструктурата и разкриват най-малките дефекти. Образците предварително се шлифоват, полират и след това ецват по същия начин. По-нататъшното тестване включва използването на електрически и оптични микроскопи и рентгенов дифракционен анализ. Основата на този метод е интерференцията на лъчи, които се разпръскват от атомите на дадено вещество. Характеристиките на материала се контролират чрез анализ на рентгеновата дифракционна картина. Механичните характеристики на материалите определят тяхната здравина, което е основното за строителни конструкции, които са надеждни и безопасни в експлоатация. Поради това материалът се тества внимателно и по различни методи при всякакви условия, които е в състояние да приеме, без да губи високо ниво на механични характеристики.
Методи за управление
За провеждане на неразрушаващи тестове на характеристиките на материалите, правилният избор на ефективни методи е от голямо значение. Най-точни и интересни в това отношение са методите за откриване на дефекти – контрол на дефекти. Тук е необходимо да се знаят и разбират разликите между методите за прилагане на методите за откриване на дефекти и методите за определяне на физическитемеханични характеристики, тъй като те са коренно различни един от друг. Ако последните се основават на контрола на физическите параметри и последващата им корелация с механичните характеристики на материала, то откриването на дефекти се основава на директното преобразуване на радиация, която се отразява от дефект или преминава през контролирана среда.
Най-доброто нещо, разбира се, е комплексният контрол. Сложността е в определянето на оптималните физични параметри, които могат да се използват за идентифициране на якостта и други физико-механични характеристики на пробата. И в същото време се разработва и след това се прилага оптимален набор от средства за контрол на конструктивни дефекти. И накрая, се появява цялостна оценка на този материал: неговата производителност се определя от цял набор от параметри, които помогнаха за определянето на неразрушителни методи.
Механични тестове
Механичните свойства на материалите се тестват и оценяват с помощта на тези тестове. Този вид контрол се появи отдавна, но все още не е загубил своята актуалност. Дори съвременните високотехнологични материали са често и остро критикувани от потребителите. А това предполага, че прегледите трябва да се извършват по-внимателно. Както вече споменахме, механичните тестове могат да бъдат разделени на два вида: статични и динамични. Първият проверява продукта или пробата за усукване, опън, компресия, огъване, а вторият за твърдост и якост на удар. Съвременното оборудване помага да се извършват тези не твърде прости процедури с високо качество и да се идентифицират всички оперативни проблеми.свойства на този материал.
Изпитването на опън може да разкрие устойчивостта на материала към ефектите на приложеното постоянно или нарастващо напрежение на опън. Методът е стар, изпитан и разбираем, използван е много дълго време и все още се използва широко. Пробата се опъва по надлъжната ос с помощта на приспособление в машината за изпитване. Степента на опън на пробата е постоянна, натоварването се измерва от специален сензор. В същото време се следи удължението, както и съответствието му с приложеното натоварване. Резултатите от подобни тестове са изключително полезни, ако трябва да се правят нови проекти, тъй като все още никой не знае как ще се държат при натоварване. Само идентифицирането на всички параметри на еластичността на материала може да предложи. Максимално напрежение - границата на провлачване прави дефиницията на максималното натоварване, което даден материал може да издържи. Това ще помогне да се изчисли границата на безопасност.
Тест за твърдост
Твърдостта на материала се изчислява от модула на еластичност. Комбинацията от течливост и твърдост помага да се определи еластичността на материала. Ако технологичният процес съдържа такива операции като протягане, валцуване, пресоване, тогава е просто необходимо да се знае големината на възможната пластична деформация. С висока пластичност материалът ще може да приеме всякаква форма при подходящо натоварване. Тестът за компресия може също да служи като метод за определяне на границата на безопасност. Особено ако материалът е крехък.
Твърдостта се тества сИдентатор, който е изработен от много по-твърд материал. Най-често този тест се извършва по метода на Бринел (притиска се топка), Викерс (идентер с форма на пирамида) или Рокуел (използва се конус). Идентификатор се притиска към повърхността на материала с определена сила за определен период от време, след което се изследва отпечатъкът, останал върху пробата. Има и други доста широко използвани тестове: за якост на удар, например, когато устойчивостта на даден материал се оценява в момента на прилагане на натоварване.
