Za procjenu performansi proizvoda i određivanje fizičkih i mehaničkih karakteristika materijala koriste se različita uputstva, GOST-ovi i drugi regulatorni i savjetodavni dokumenti. Preporučuju se i metode za ispitivanje uništenja čitave serije proizvoda ili uzoraka istog tipa materijala. Ovo nije vrlo ekonomična metoda, ali je efikasna.
Definicija karakteristika
Glavne karakteristike mehaničkih svojstava materijala su sljedeće.
1. Vlačna čvrstoća ili vlačna čvrstoća - ona sila naprezanja koja je fiksirana na najvećem opterećenju prije uništenja uzorka. Mehaničke karakteristike čvrstoće i plastičnosti materijala opisuju svojstva čvrstih tijela da se odupru nepovratnim promjenama oblika i razaranju pod utjecajem vanjskih opterećenja.
2. Uvjetna granica popuštanja je napon kada zaostala deformacija dostigne 0,2% dužine uzorka. Ovo jenajmanje naprezanje dok se uzorak nastavlja deformirati bez primjetnog povećanja naprezanja.
3. Granica dugotrajne čvrstoće naziva se najvećim naprezanjem, na datoj temperaturi, koje uzrokuje uništenje uzorka za određeno vrijeme. Određivanje mehaničkih karakteristika materijala fokusira se na krajnje jedinice dugotrajne čvrstoće - uništenje se događa na 7.000 stepeni Celzijusa za 100 sati.
4. Uvjetna granica puzanja je naprezanje koje uzrokuje na datoj temperaturi za određeno vrijeme u uzorku dato izduženje, kao i brzinu puzanja. Granica je deformacija metala tokom 100 sati na 7.000 stepeni Celzijusa za 0,2%. Puzanje je određena brzina deformacije metala pod stalnim opterećenjem i visokom temperaturom tokom dužeg vremena. Otpornost na toplinu je otpornost materijala na lom i puzanje.
5. Granica zamora je najveća vrijednost ciklusnog naprezanja kada ne dođe do kvara na zamor. Broj ciklusa opterećenja može biti zadan ili proizvoljan, ovisno o tome kako se planira mehaničko ispitivanje materijala. Mehaničke karakteristike uključuju zamor i izdržljivost materijala. Pod djelovanjem opterećenja u ciklusu, oštećenja se nakupljaju, stvaraju se pukotine, što dovodi do uništenja. Ovo je umor. A svojstvo otpornosti na zamor je izdržljivost.
Razvucite i skupite
Materijal koji se koristi u inženjerstvuprakse su podeljene u dve grupe. Prvi je plastičan, za čije uništavanje se moraju pojaviti značajne zaostale deformacije, drugi je krh, ruši se pri vrlo malim deformacijama. Naravno, takva podjela je vrlo proizvoljna, jer se svaki materijal, ovisno o stvorenim uvjetima, može ponašati i kao krt i kao duktilan. Zavisi od prirode stresnog stanja, temperature, brzine deformacije i drugih faktora.
Mehaničke karakteristike materijala na napetost i kompresiju su elokventne i za duktilne i za krte. Na primjer, meki čelik se ispituje na napetost, dok se liveno željezo ispituje na kompresiju. Liveno gvožđe je krhko, čelik je duktilan. Krhki materijali imaju veću tlačnu čvrstoću, dok je vlačna deformacija lošija. Plastika ima približno iste mehaničke karakteristike materijala u kompresiji i napetosti. Međutim, njihov prag je i dalje određen istezanjem. Upravo ove metode mogu preciznije odrediti mehaničke karakteristike materijala. Dijagram napetosti i kompresije prikazan je na ilustracijama za ovaj članak.
Krhkost i plastičnost
Šta je plastičnost i krhkost? Prvi je sposobnost da se ne sruši, primajući zaostale deformacije u velikim količinama. Ovo svojstvo je odlučujuće za najvažnije tehnološke operacije. Savijanje, izvlačenje, izvlačenje, štancanje i mnoge druge operacije ovise o karakteristikama plastičnosti. Duktilni materijali uključuju žareni bakar, mesing, aluminij, meki čelik, zlato i slično. Mnogo manje duktilne broncei dural. Gotovo svi legirani čelici su vrlo slabo duktilni.
Karakteristike čvrstoće plastičnih materijala upoređuju se sa granom tečenja, o čemu će biti reči u nastavku. Na svojstva lomljivosti i plastičnosti u velikoj mjeri utječu temperatura i brzina opterećenja. Brza napetost čini materijal krhkim, dok spora napetost čini duktilnim. Na primjer, staklo je krhak materijal, ali može izdržati dugotrajno opterećenje ako je temperatura normalna, odnosno pokazuje svojstva plastičnosti. A blagi čelik je duktilan, ali pod udarnim opterećenjem izgleda kao krt materijal.
Metoda varijacije
Fizičko-mehaničke karakteristike materijala određuju se pobuđivanjem uzdužnih, savijajućih, torzijskih i drugih, još složenijih vrsta vibracija, a u zavisnosti od veličine uzoraka, oblika, vrste prijemnika i pobudnika, metoda pričvršćivanja i sheme za primjenu dinamičkih opterećenja. Ovim metodom se ispituju i proizvodi velikih dimenzija, ako je značajno promenjen način primene u metodama primene opterećenja, pobuđivanja vibracija i njihovog registrovanja. Ista metoda se koristi za određivanje mehaničkih karakteristika materijala kada je potrebno procijeniti krutost konstrukcija velikih dimenzija. Međutim, ova metoda se ne koristi za lokalno određivanje karakteristika materijala u proizvodu. Praktična primjena tehnike moguća je samo kada su poznate geometrijske dimenzije i gustina, kada je moguće pričvrstiti proizvod na nosače i naproizvod - pretvarači, potrebni su određeni temperaturni uslovi, itd.
Na primjer, kada se mijenjaju temperaturni režimi, dođe do jedne ili druge promjene, mehaničke karakteristike materijala postaju različite pri zagrijavanju. Skoro sva tijela se šire u ovim uslovima, što utiče na njihovu strukturu. Svako tijelo ima određene mehaničke karakteristike materijala od kojih je sastavljeno. Ako se ove karakteristike ne mijenjaju u svim smjerovima i ostaju iste, takvo tijelo se naziva izotropnim. Ako se fizičke i mehaničke karakteristike materijala mijenjaju - anizotropno. Ovo posljednje je karakteristično za gotovo sve materijale, samo u različitoj mjeri. Ali postoje, na primjer, čelici kod kojih je anizotropija vrlo neznatna. Najizraženije je kod prirodnih materijala kao što je drvo. U proizvodnim uvjetima, mehaničke karakteristike materijala određuju se kontrolom kvaliteta, gdje se koriste različiti GOST-ovi. Procjena heterogenosti se dobija statističkom obradom kada se rezultati testa sumiraju. Uzorci bi trebali biti brojni i izrezani prema određenom dizajnu. Ovaj način dobijanja tehnoloških karakteristika smatra se prilično mukotrpnim.
Akustična metoda
Postoji mnogo akustičkih metoda za određivanje mehaničkih svojstava materijala i njihovih karakteristika, a sve se razlikuju po načinima unosa, prijema i registracije oscilacija u sinusoidnim i impulsnim modovima. Akustičke metode se koriste u proučavanju, na primjer, građevinskih materijala, njihove debljine i stanja napetosti, prilikom detekcije grešaka. Mehaničke karakteristike konstrukcijskih materijala također se određuju akustičnim metodama. Već se razvijaju i masovno proizvode brojni različiti elektronski akustički uređaji koji omogućavaju snimanje elastičnih valova, parametara njihovog širenja kako u sinusoidnom tako iu pulsnom modu. Na njihovoj osnovi određuju se mehaničke karakteristike čvrstoće materijala. Ako se koriste elastične oscilacije niskog intenziteta, ova metoda postaje apsolutno sigurna.
Nedostatak akustičke metode je potreba za akustičnim kontaktom, što nije uvijek moguće. Stoga ovi radovi nisu previše produktivni ako je potrebno hitno dobiti mehaničke karakteristike čvrstoće materijala. Na rezultat u velikoj mjeri utiču stanje površine, geometrijski oblici i dimenzije proizvoda koji se proučava, kao i okruženje u kojem se provode ispitivanja. Da bi se ove poteškoće prevladale, određeni problem mora biti riješen strogo definiranom akustičkom metodom ili, naprotiv, nekoliko njih treba koristiti odjednom, ovisno o konkretnoj situaciji. Na primjer, stakloplastike se dobro uklapaju u takvu studiju, jer je brzina širenja elastičnih valova dobra, pa se sondiranje od kraja do kraja široko koristi, kada se prijemnik i emiter nalaze na suprotnim površinama uzorka.
Defektoskopija
Defektoskopske metode se koriste za kontrolu kvaliteta materijala u raznim industrijama. Postoje nedestruktivne i destruktivne metode. Nedestruktivni uključuju sljedeće.
1. Magnetna detekcija grešaka se koristi za određivanje površinskih pukotina i nedostatka prodiranja. Područja koja imaju takve nedostatke karakteriziraju zalutala polja. Možete ih otkriti posebnim uređajima ili jednostavno nanijeti sloj magnetnog praha na cijelu površinu. Na mjestima nedostataka, lokacija pudera će se promijeniti čak i kada se nanese.
2. Defektoskopija se također izvodi uz pomoć ultrazvuka. Usmjereni zrak će se drugačije reflektirati (raspršiti), čak i ako postoje diskontinuiteti duboko unutar uzorka.
3. Defekti u materijalu dobro se pokazuju radijacionom metodom istraživanja, koja se zasniva na razlici u apsorpciji zračenja sredinom različite gustine. Koriste se detekcija gama grešaka i rendgensko snimanje.
4. Hemijska detekcija grešaka. Ako je površina urezana slabom otopinom dušične kiseline, klorovodične kiseline ili njihove mješavine (aqua regia), tada se na mjestima gdje postoje nedostaci pojavljuje mreža u obliku crnih pruga. Možete primijeniti metodu kojom se uklanjaju otisci sumpora. Na mjestima gdje je materijal nehomogen, sumpor bi trebao promijeniti boju.
Destruktivne metode
Destruktivne metode su ovdje već djelomično demontirane. Uzorci se ispituju na savijanje, kompresiju, napetost, odnosno koriste se statičke destruktivne metode. Ako je proizvodIspituju se promjenjivim cikličkim opterećenjima na udarno savijanje - određuju se dinamička svojstva. Makroskopske metode crtaju opću sliku strukture materijala i to u velikim količinama. Za takvu studiju potrebni su posebno polirani uzorci koji se podvrgavaju jetkanju. Dakle, moguće je identificirati oblik i raspored zrna, na primjer, u čeliku, prisustvo kristala sa deformacijom, vlakana, školjki, mjehurića, pukotina i drugih nehomogenosti legure.
Mikroskopske metode proučavaju mikrostrukturu i otkrivaju najmanje nedostatke. Uzorci se prethodno bruse, poliraju, a zatim na isti način ugrizaju. Dalja ispitivanja uključuju upotrebu električnih i optičkih mikroskopa i analizu difrakcije rendgenskih zraka. Osnova ove metode je interferencija zraka koje se raspršuju od strane atoma tvari. Karakteristike materijala kontroliraju se analizom uzorka difrakcije rendgenskih zraka. Mehaničke karakteristike materijala određuju njihovu čvrstoću, što je najvažnije za građevinske konstrukcije koje su pouzdane i sigurne u radu. Zbog toga se materijal pažljivo i različitim metodama testira u svim uslovima koje je u stanju da prihvati bez gubitka visokog nivoa mehaničkih karakteristika.
Metode kontrole
Za provođenje nedestruktivnog ispitivanja karakteristika materijala od velike je važnosti pravi izbor efikasnih metoda. Najpreciznije i najzanimljivije u tom pogledu su metode detekcije mana - kontrola defekata. Ovdje je potrebno poznavati i razumjeti razlike između metoda za implementaciju metoda detekcije grešaka i metoda za određivanje fizičkemehaničke karakteristike, budući da se međusobno bitno razlikuju. Ako se potonji zasnivaju na kontroli fizičkih parametara i njihovoj naknadnoj korelaciji sa mehaničkim karakteristikama materijala, onda se detekcija kvara zasniva na direktnoj konverziji zračenja koje se reflektuje od defekta ili prolazi kroz kontrolisano okruženje.
Najbolja stvar je, naravno, složena kontrola. Složenost je u određivanju optimalnih fizičkih parametara, koji se mogu koristiti za identifikaciju čvrstoće i drugih fizičko-mehaničkih karakteristika uzorka. Istovremeno se razvija i implementira optimalan skup sredstava za kontrolu defekta konstrukcije. I, konačno, pojavljuje se integralna procjena ovog materijala: njegove performanse određuju čitav niz parametara koji su pomogli u određivanju nedestruktivnih metoda.
Mehaničko ispitivanje
Mehanička svojstva materijala testiraju se i ocjenjuju uz pomoć ovih testova. Ova vrsta kontrole pojavila se davno, ali još uvijek nije izgubila na važnosti. Čak su i moderni visokotehnološki materijali često i oštro kritizirani od strane potrošača. A to sugerira da bi preglede trebalo provoditi pažljivije. Kao što je već spomenuto, mehanička ispitivanja se mogu podijeliti u dvije vrste: statička i dinamička. Prvi provjeravaju proizvod ili uzorak na torziju, napetost, kompresiju, savijanje, a drugi na tvrdoću i udarnu čvrstoću. Moderna oprema pomaže da se ove ne previše jednostavne procedure izvedu kvalitetno i da se identificiraju svi operativni problemi.svojstva ovog materijala.
Testiranje zatezanja može otkriti otpornost materijala na efekte primijenjenog konstantnog ili rastućeg zateznog naprezanja. Metoda je stara, testirana i razumljiva, koristi se jako dugo i još uvijek se široko koristi. Uzorak se rasteže duž uzdužne ose pomoću držača u mašini za ispitivanje. Stopa zatezanja uzorka je konstantna, opterećenje se mjeri posebnim senzorom. Istovremeno se prati izduženje, kao i njegova usklađenost sa primijenjenim opterećenjem. Rezultati ovakvih testova su izuzetno korisni ako se žele praviti novi dizajni, jer još niko ne zna kako će se ponašati pod opterećenjem. Samo identifikacija svih parametara elastičnosti materijala može sugerirati. Maksimalni napon - granica popuštanja čini definiciju maksimalnog opterećenja koje dati materijal može izdržati. Ovo će pomoći u izračunavanju granice sigurnosti.
Test tvrdoće
Krutost materijala se izračunava iz modula elastičnosti. Kombinacija fluidnosti i tvrdoće pomaže u određivanju elastičnosti materijala. Ako tehnološki proces sadrži takve operacije kao što su provlačenje, valjanje, prešanje, onda je jednostavno potrebno znati veličinu moguće plastične deformacije. Uz visoku plastičnost, materijal će moći poprimiti bilo koji oblik pod odgovarajućim opterećenjem. Test kompresije također može poslužiti kao metoda za određivanje granice sigurnosti. Pogotovo ako je materijal lomljiv.
Tvrdoća se testira pomoćuIdentator, koji je napravljen od mnogo tvrđeg materijala. Najčešće se ovaj test provodi prema Brinellovoj metodi (utisnuta je kugla), Vickers (identiter u obliku piramide) ili Rockwell (koristi se konus). Identifikator se utiskuje u površinu materijala određenom silom na određeno vrijeme, a zatim se proučava otisak koji je ostao na uzorku. Postoje i drugi prilično široko korišćeni testovi: za čvrstoću na udar, na primer, kada se proceni otpor materijala u trenutku primene opterećenja.
