Om de prestatie-eigenschappen van producten te evalueren en de fysieke en mechanische eigenschappen van materialen te bepalen, worden verschillende instructies, GOST's en andere regelgevende en adviserende documenten gebruikt. Methoden voor het testen van de vernietiging van een hele reeks producten of monsters van hetzelfde type materiaal worden ook aanbevolen. Dit is geen erg economische methode, maar wel effectief.
Definitie van kenmerken
De belangrijkste kenmerken van de mechanische eigenschappen van materialen zijn als volgt.
1. Treksterkte of treksterkte - die spanningskracht die is vastgesteld op de hoogste belasting vóór de vernietiging van het monster. De mechanische eigenschappen van de sterkte en plasticiteit van materialen beschrijven de eigenschappen van vaste stoffen om onomkeerbare veranderingen in vorm en vernietiging onder invloed van externe belastingen te weerstaan.
2. De voorwaardelijke vloeigrens is de spanning wanneer de restrek 0,2% van de monsterlengte bereikt. Dit isde minste spanning terwijl het monster blijft vervormen zonder een merkbare toename van de spanning.
3. De limiet van de sterkte op lange termijn wordt de grootste spanning genoemd, bij een bepaalde temperatuur, die de vernietiging van het monster voor een bepaalde tijd veroorzaakt. De bepaling van de mechanische eigenschappen van materialen richt zich op de ultieme eenheden van sterkte op lange termijn - vernietiging vindt plaats bij 7.000 graden Celsius in 100 uur.
4. De voorwaardelijke kruipgrens is de spanning die bij een gegeven temperatuur gedurende een bepaalde tijd in het monster een gegeven rek veroorzaakt, evenals de kruipsnelheid. De limiet is de vervorming van het metaal gedurende 100 uur bij 7.000 graden Celsius met 0,2%. Kruip is een bepaalde mate van vervorming van metalen onder constante belasting en lange tijd op hoge temperatuur. Hittebestendigheid is de weerstand van een materiaal tegen breuk en kruip.
5. De vermoeiingsgrens is de hoogste waarde van de cyclusbelasting wanneer er geen vermoeidheidsbreuk optreedt. Het aantal laadcycli kan worden opgegeven of willekeurig, afhankelijk van hoe het mechanisch testen van materialen is gepland. Mechanische kenmerken omvatten vermoeidheid en uithoudingsvermogen van het materiaal. Onder invloed van belastingen in de cyclus accumuleert schade, worden scheuren gevormd, wat leidt tot vernietiging. Dit is vermoeidheid. En de eigenschap van vermoeidheidsweerstand is uithoudingsvermogen.
Strekken en krimpen
Materialen gebruikt in de techniekpraktijk zijn verdeeld in twee groepen. De eerste is van plastic, voor de vernietiging waarvan aanzienlijke resterende vervormingen moeten optreden, de tweede is broos en bezwijkt bij zeer kleine vervormingen. Natuurlijk is zo'n verdeling erg arbitrair, omdat elk materiaal, afhankelijk van de gecreëerde omstandigheden, zich zowel bros als ductiel kan gedragen. Het hangt af van de aard van de stresstoestand, temperatuur, reksnelheid en andere factoren.
De mechanische eigenschappen van materialen onder spanning en compressie zijn welsprekend voor zowel ductiel als bros. Zo wordt zacht staal onder spanning getest, terwijl gietijzer onder druk wordt getest. Gietijzer is bros, staal is kneedbaar. Brosse materialen hebben een grotere druksterkte, terwijl trekvervorming erger is. Kunststof heeft bij compressie en spanning ongeveer dezelfde mechanische eigenschappen als materialen. Hun drempel wordt echter nog steeds bepaald door uit te rekken. Het zijn deze methoden die de mechanische eigenschappen van materialen nauwkeuriger kunnen bepalen. Het spannings- en compressiediagram wordt getoond in de illustraties bij dit artikel.
Breekbaarheid en plasticiteit
Wat is plasticiteit en kwetsbaarheid? De eerste is het vermogen om niet in te storten, waarbij restvervormingen in grote hoeveelheden worden opgevangen. Deze eigenschap is bepalend voor de belangrijkste technologische bewerkingen. Buigen, tekenen, tekenen, stempelen en vele andere bewerkingen zijn afhankelijk van de kenmerken van plasticiteit. Kneedbare materialen omvatten gegloeid koper, messing, aluminium, zacht staal, goud en dergelijke. Veel minder ductiel bronsen dural. Bijna alle gelegeerde staalsoorten zijn zeer zwak ductiel.
De sterkte-eigenschappen van plastic materialen worden vergeleken met de vloeigrens, die hieronder zal worden besproken. De eigenschappen van broosheid en plasticiteit worden sterk beïnvloed door temperatuur en laadsnelheid. Snelle spanning maakt het materiaal broos, terwijl langzame spanning het taai maakt. Glas is bijvoorbeeld een bros materiaal, maar het is bestand tegen langdurige belasting als de temperatuur normaal is, dat wil zeggen dat het de eigenschappen van plasticiteit vertoont. En zacht staal is kneedbaar, maar onder schokbelasting lijkt het een bros materiaal.
Variatiemethode
Fysisch-mechanische eigenschappen van materialen worden bepaald door de excitatie van longitudinale, buigende, torsie- en andere, zelfs complexere soorten trillingen, en afhankelijk van de grootte van de monsters, vormen, typen ontvanger en bekrachtiger, methoden van bevestiging en schema's voor het toepassen van dynamische belastingen. Grote producten worden ook met deze methode getest, als de toepassingsmethode in de methoden voor het aanbrengen van de belasting, het opwekken van trillingen en het registreren ervan aanzienlijk wordt gewijzigd. Dezelfde methode wordt gebruikt om de mechanische eigenschappen van materialen te bepalen wanneer het nodig is om de stijfheid van grote constructies te beoordelen. Deze methode wordt echter niet gebruikt voor lokale bepaling van materiaaleigenschappen in een product. De praktische toepassing van de techniek is alleen mogelijk wanneer de geometrische afmetingen en dichtheid bekend zijn, wanneer het mogelijk is om het product op steunen en op deproduct - converters, bepaalde temperatuuromstandigheden zijn nodig, enz.
Bij het veranderen van temperatuurregimes, treedt er een of andere verandering op, de mechanische eigenschappen van materialen worden anders bij verhitting. Bijna alle lichamen zetten uit onder deze omstandigheden, wat hun structuur beïnvloedt. Elk lichaam heeft bepaalde mechanische eigenschappen van de materialen waaruit het is samengesteld. Als deze kenmerken niet in alle richtingen veranderen en hetzelfde blijven, wordt zo'n lichaam isotroop genoemd. Als de fysieke en mechanische eigenschappen van materialen veranderen - anisotroop. Dat laatste is kenmerkend voor bijna alle materialen, alleen in een andere mate. Maar er zijn bijvoorbeeld staalsoorten waar de anisotropie zeer onbeduidend is. Het is het meest uitgesproken in natuurlijke materialen als hout. In productieomstandigheden worden de mechanische eigenschappen van materialen bepaald door kwaliteitscontrole, waarbij verschillende GOST's worden gebruikt. Een schatting van heterogeniteit wordt verkregen uit statistische verwerking wanneer de testresultaten worden samengevat. Monsters moeten talrijk zijn en uit een specifiek ontwerp zijn gesneden. Deze methode om technologische kenmerken te verkrijgen wordt als vrij arbeidsintensief beschouwd.
Akoestische methode
Er zijn veel akoestische methoden om de mechanische eigenschappen van materialen en hun kenmerken te bepalen, en ze verschillen allemaal in de manier van invoer, ontvangst en registratie van oscillaties in sinusvormige en gepulseerde modi. Akoestische methoden worden gebruikt bij de studie van bijvoorbeeld bouwmaterialen, hun dikte en spanningstoestand, tijdens het detecteren van fouten. De mechanische eigenschappen van constructiematerialen worden ook bepaald met behulp van akoestische methoden. Talloze verschillende elektronische akoestische apparaten worden al ontwikkeld en in massa geproduceerd, die het mogelijk maken om elastische golven, hun voortplantingsparameters, zowel in sinusoïdale als gepulseerde modus op te nemen. Op basis daarvan worden de mechanische eigenschappen van de sterkte van materialen bepaald. Als elastische trillingen van lage intensiteit worden gebruikt, wordt deze methode absoluut veilig.
Het nadeel van de akoestische methode is de noodzaak van akoestisch contact, wat niet altijd mogelijk is. Daarom zijn deze werken niet erg productief als het nodig is om dringend de mechanische eigenschappen van de sterkte van materialen te verkrijgen. Het resultaat wordt sterk beïnvloed door de staat van het oppervlak, de geometrische vormen en afmetingen van het onderzochte product, evenals de omgeving waarin de tests worden uitgevoerd. Om deze moeilijkheden te overwinnen, moet een specifiek probleem worden opgelost door een strikt gedefinieerde akoestische methode of, integendeel, meerdere ervan tegelijk, het hangt af van de specifieke situatie. Glasvezel leent zich bijvoorbeeld goed voor een dergelijk onderzoek, aangezien de voortplantingssnelheid van elastische golven goed is en daarom end-to-end-sounding veel wordt gebruikt, wanneer de ontvanger en zender zich op tegenover elkaar liggende oppervlakken van het monster bevinden.
Defectoscopie
Defectoscopiemethoden worden gebruikt om de kwaliteit van materialen in verschillende industrieën te controleren. Er zijn niet-destructieve en destructieve methoden. Niet-destructief zijn de volgende.
1. Magnetische foutdetectie wordt gebruikt om oppervlaktescheuren en gebrek aan penetratie te bepalen. Gebieden met dergelijke gebreken worden gekenmerkt door zwerfvelden. Je kunt ze detecteren met speciale apparaten of gewoon een laag magneetpoeder over het hele oppervlak aanbrengen. Op plaatsen met defecten zal de locatie van het poeder veranderen, zelfs wanneer het wordt aangebracht.
2. Defectoscopie wordt ook uitgevoerd met behulp van echografie. De gerichte bundel wordt anders gereflecteerd (verstrooid), zelfs als er enige onderbrekingen diep in het monster zijn.
3. Defecten in het materiaal worden goed aangetoond door de stralingsmethode van onderzoek, gebaseerd op het verschil in de absorptie van straling door een medium met verschillende dichtheid. Detectie van gammafouten en röntgenstraling worden gebruikt.
4. Detectie van chemische fouten. Als het oppervlak is geëtst met een zwakke oplossing van salpeterzuur, zoutzuur of een mengsel daarvan (aqua regia), dan verschijnt op plaatsen met defecten een netwerk in de vorm van zwarte strepen. U kunt een methode toepassen waarbij zwavelafdrukken worden verwijderd. Op plaatsen waar het materiaal inhomogeen is, zou zwavel van kleur moeten veranderen.
Destructieve methoden
Destructieve methoden zijn hier al gedeeltelijk ontmanteld. Monsters worden getest op buigen, compressie, spanning, dat wil zeggen dat statische destructieve methoden worden gebruikt. Als het productworden getest met variabele cyclische belastingen op impactbuigen - dynamische eigenschappen worden bepaald. Macroscopische methoden geven een algemeen beeld van de structuur van het materiaal en in grote volumes. Voor een dergelijk onderzoek zijn speciaal gepolijste monsters nodig, die worden geëtst. Het is dus mogelijk om de vorm en rangschikking van korrels te identificeren, bijvoorbeeld in staal, de aanwezigheid van kristallen met vervorming, vezels, schelpen, bellen, scheuren en andere inhomogeniteiten van de legering.
Microscopische methoden bestuderen de microstructuur en onthullen de kleinste defecten. Monsters worden eerst geslepen, gepolijst en vervolgens op dezelfde manier geëtst. Verder testen omvat het gebruik van elektrische en optische microscopen en röntgendiffractie-analyse. De basis van deze methode is de interferentie van stralen die worden verstrooid door de atomen van een stof. De eigenschappen van het materiaal worden gecontroleerd door het röntgendiffractiepatroon te analyseren. De mechanische eigenschappen van materialen bepalen hun sterkte, wat het belangrijkste is voor het bouwen van constructies die betrouwbaar en veilig in gebruik zijn. Daarom wordt het materiaal zorgvuldig en met verschillende methoden getest onder alle omstandigheden die het kan accepteren zonder een hoog niveau van mechanische eigenschappen te verliezen.
Besturingsmethoden
Voor het niet-destructief testen van de eigenschappen van materialen is de juiste keuze van effectieve methoden van groot belang. De meest nauwkeurige en interessante in dit opzicht zijn de methoden voor foutdetectie - defectcontrole. Hier is het noodzakelijk om de verschillen te kennen en te begrijpen tussen methoden voor het implementeren van foutdetectiemethoden en methoden voor het bepalen van de fysiekemechanische eigenschappen, omdat ze fundamenteel van elkaar verschillen. Als deze laatste zijn gebaseerd op de controle van fysieke parameters en hun daaropvolgende correlatie met de mechanische eigenschappen van het materiaal, dan is de foutdetectie gebaseerd op de directe conversie van straling die wordt gereflecteerd door een defect of door een gecontroleerde omgeving gaat.
Het beste is natuurlijk complexe besturing. De complexiteit ligt in het bepalen van de optimale fysieke parameters, die kunnen worden gebruikt om de sterkte en andere fysieke en mechanische kenmerken van het monster te identificeren. En tegelijkertijd wordt een optimale set van middelen voor het beheersen van structurele defecten ontwikkeld en vervolgens geïmplementeerd. En ten slotte verschijnt er een integrale beoordeling van dit materiaal: de prestaties worden bepaald door een hele reeks parameters die hebben bijgedragen aan het bepalen van niet-destructieve methoden.
Mechanisch testen
Mechanische eigenschappen van materialen worden getest en geëvalueerd met behulp van deze tests. Dit type controle is lang geleden verschenen, maar heeft zijn relevantie nog steeds niet verloren. Zelfs moderne high-tech materialen worden vaak en zwaar bekritiseerd door consumenten. En dit suggereert dat de onderzoeken zorgvuldiger moeten worden uitgevoerd. Zoals eerder vermeld, kunnen mechanische tests worden onderverdeeld in twee soorten: statisch en dynamisch. De eerste controleert het product of monster op torsie, spanning, compressie, buiging en de laatste op hardheid en slagvastheid. Moderne apparatuur helpt om deze niet al te eenvoudige procedures met hoge kwaliteit uit te voeren en alle operationele problemen te identificeren.eigenschappen van dit materiaal.
Spanningstesten kunnen de weerstand van een materiaal tegen de effecten van toegepaste constante of toenemende trekspanning onthullen. De methode is oud, beproefd en begrijpelijk, wordt al heel lang gebruikt en wordt nog steeds veel gebruikt. Het monster wordt langs de lengteas gespannen door middel van een spaninrichting in de testmachine. De treksnelheid van het monster is constant, de belasting wordt gemeten door een speciale sensor. Tegelijkertijd wordt de rek gecontroleerd, evenals de overeenstemming met de uitgeoefende belasting. De resultaten van dergelijke tests zijn uitermate nuttig als er nieuwe ontwerpen moeten worden gemaakt, aangezien nog niemand weet hoe ze zich onder belasting zullen gedragen. Alleen de identificatie van alle parameters van de elasticiteit van het materiaal kan suggereren. Maximale spanning - de vloeigrens bepa alt de maximale belasting die een bepaald materiaal kan weerstaan. Dit helpt bij het berekenen van de veiligheidsmarge.
Hardheidstest
De stijfheid van het materiaal wordt berekend uit de elasticiteitsmodulus. De combinatie van vloeibaarheid en hardheid helpt om de elasticiteit van het materiaal te bepalen. Als het technologische proces bewerkingen omvat als aansnijden, rollen, persen, dan is het eenvoudigweg noodzakelijk om de omvang van mogelijke plastische vervorming te kennen. Met een hoge plasticiteit kan het materiaal elke vorm aannemen onder de juiste belasting. Een compressietest kan ook dienen als methode om de veiligheidsmarge te bepalen. Vooral als het materiaal kwetsbaar is.
Hardheid is getest metIdentator, die is gemaakt van een veel harder materiaal. Meestal wordt deze test uitgevoerd volgens de Brinell-methode (er wordt een bal ingedrukt), Vickers (een piramidevormige identer) of Rockwell (er wordt een kegel gebruikt). Een identificatiemiddel wordt gedurende een bepaalde tijd met een bepaalde kracht in het oppervlak van het materiaal gedrukt en vervolgens wordt de afdruk die op het monster achterblijft bestudeerd. Er zijn andere vrij veel gebruikte tests: voor slagvastheid, bijvoorbeeld wanneer de weerstand van een materiaal wordt beoordeeld op het moment van aanbrengen van een belasting.
