Tuotteiden suorituskykyominaisuuksien arvioimiseksi ja materiaalien fyysisten ja mekaanisten ominaisuuksien määrittämiseksi käytetään erilaisia ohjeita, GOST-standardeja ja muita sääntely- ja neuvoa-antavia asiakirjoja. Suositellaan myös menetelmiä, joilla testataan koko sarjan tuote- tai näytteitä samantyyppisestä materiaalista. Tämä ei ole kovin taloudellinen menetelmä, mutta se on tehokas.
Ominaisuuksien määritelmä
Materiaalien mekaanisten ominaisuuksien pääominaisuudet ovat seuraavat.
1. Vetolujuus tai vetolujuus - jännitysvoima, joka on kiinnitetty korkeimpaan kuormaan ennen näytteen tuhoamista. Materiaalien lujuuden ja plastisuuden mekaaniset ominaisuudet kuvaavat kiinteiden aineiden ominaisuuksia vastustaa peruuttamattomia muodonmuutoksia ja tuhoutumista ulkoisten kuormien vaikutuksesta.
2. Ehdollinen myötöraja on jännitys, kun jäännösjännitys saavuttaa 0,2 % näytteen pituudesta. Tämä onpienin jännitys, kun näyte jatkaa muodonmuutosta ilman huomattavaa jännityksen kasvua.
3. Pitkäaikaisen lujuuden rajaa kutsutaan suurimmaksi jännitykseksi tietyssä lämpötilassa, joka aiheuttaa näytteen tuhoutumisen tietyn ajan. Materiaalien mekaanisten ominaisuuksien määrittelyssä keskitytään pitkäaikaisen lujuuden perimmäisiin yksikköihin - tuhoutuminen tapahtuu 7000 celsiusasteessa 100 tunnissa.
4. Ehdollinen virumisraja on jännitys, joka aiheuttaa tietyssä lämpötilassa tietyn ajan näytteessä tietyn venymän sekä virumisnopeuden. Raja on metallin muodonmuutos 100 tunnin ajan 7 000 celsiusasteessa 0,2 %. Viruminen on metallien tietty muodonmuutosnopeus jatkuvassa kuormituksessa ja korkeassa lämpötilassa pitkään. Lämmönkestävyys on materiaalin kestävyys murtumista ja virumista vastaan.
5. Väsymisraja on syklin rasituksen suurin arvo, kun väsymisvikaa ei tapahdu. Latausjaksojen lukumäärä voi olla annettu tai mieliv altainen riippuen siitä, kuinka materiaalien mekaaninen testaus on suunniteltu. Mekaanisia ominaisuuksia ovat materiaalin väsyminen ja kestävyys. Syklin kuormien vaikutuksesta vauriot kerääntyvät, muodostuu halkeamia, jotka johtavat tuhoutumiseen. Tämä on väsymystä. Ja väsymiskestävyysominaisuus on kestävyys.
Venytä ja kutistu
Insinöörityössä käytetyt materiaalitharjoitukset on jaettu kahteen ryhmään. Ensimmäinen on muovia, jonka tuhoamiseksi tulee ilmetä merkittäviä jäännösmuodonmuutoksia, toinen on hauras, romahtaa hyvin pienillä muodonmuutoksilla. Luonnollisesti tällainen jako on hyvin mieliv altainen, koska jokainen materiaali voi luoduista olosuhteista riippuen käyttäytyä sekä hauraana että sitkeänä. Se riippuu jännitystilan luonteesta, lämpötilasta, jännitysnopeudesta ja muista tekijöistä.
Materiaalien mekaaniset ominaisuudet jännityksessä ja puristuksessa ovat kaunopuheisia sekä sitkeille että hauraille. Esimerkiksi mieto teräs testataan jännitystestissä ja valurauta puristustestissä. Valurauta on hauras, teräs on sitkeää. Haurailla materiaaleilla on suurempi puristuslujuus, kun taas vetomuodonmuutos on huonompi. Muovilla on suunnilleen samat mekaaniset ominaisuudet kuin materiaalien puristuksessa ja jännityksessä. Niiden kynnys määräytyy kuitenkin edelleen venytyksen avulla. Juuri nämä menetelmät voivat määrittää materiaalien mekaaniset ominaisuudet tarkemmin. Jännitys- ja puristuskaavio näkyy tämän artikkelin kuvissa.
Hauraus ja plastisuus
Mitä on plastisuus ja hauraus? Ensimmäinen on kyky olla romahtamatta vastaanottaen suuria määriä jäännösmuodonmuutoksia. Tämä ominaisuus on ratkaiseva tärkeimpien teknisten toimintojen kann alta. Taivutus, piirtäminen, piirtäminen, leimaaminen ja monet muut toiminnot riippuvat plastisuuden ominaisuuksista. Muovattavia materiaaleja ovat hehkutettu kupari, messinki, alumiini, pehmeä teräs, kulta ja vastaavat. Paljon vähemmän sitkeää pronssiaja duraali. Melkein kaikki seostetut teräkset ovat erittäin heikosti sitkeitä.
Muovimateriaalien lujuusominaisuuksia verrataan myötörajaan, jota käsitellään alla. Lämpötila ja kuormitusnopeus vaikuttavat suuresti haurauden ja plastisuuden ominaisuuksiin. Nopea kiristys tekee materiaalista hauraan, kun taas hidas jännitys tekee siitä sitkeän. Esimerkiksi lasi on hauras materiaali, mutta se kestää pitkäaikaista kuormitusta, jos lämpötila on normaali, eli se osoittaa plastisuuden ominaisuuksia. Ja lievä teräs on sitkeää, mutta iskukuormituksessa se näyttää haura alta materiaalilta.
Variaatiomenetelmä
Materiaalien fysikaalis-mekaaniset ominaisuudet määräytyvät pitkittäis-, taivutus-, vääntö- ja muiden, vieläkin monimutkaisempien värähtelytyyppien herättämisen perusteella sekä näytteiden koosta, muodoista, vastaanottimen ja virittimen tyypeistä, menetelmistä riippuen kiinnityksistä ja kaavioista dynaamisten kuormien kohdistamiseen. Myös suuret tuotteet testataan tällä menetelmällä, jos käyttötapaa kuormituksen, tärinän herätyksen ja niiden rekisteröinnin menetelmissä muutetaan merkittävästi. Samaa menetelmää käytetään materiaalien mekaanisten ominaisuuksien määrittämiseen, kun on tarpeen arvioida suurikokoisten rakenteiden jäykkyyttä. Tätä menetelmää ei kuitenkaan käytetä tuotteen materiaaliominaisuuksien paikalliseen määrittämiseen. Tekniikan soveltaminen käytännössä on mahdollista vain, kun geometriset mitat ja tiheys tunnetaan, kun tuote on mahdollista kiinnittää tukiin jatuote - muuntimet, tietyt lämpötilaolosuhteet tarvitaan jne.
Esimerkiksi lämpötilaa vaihdettaessa tapahtuu yhtä tai toista muutosta, materiaalien mekaaniset ominaisuudet muuttuvat erilaisiksi kuumennettaessa. Lähes kaikki kehot laajenevat näissä olosuhteissa, mikä vaikuttaa niiden rakenteeseen. Jokaisella kappaleella on tiettyjä mekaanisia ominaisuuksia materiaaleille, joista se koostuu. Jos nämä ominaisuudet eivät muutu kaikkiin suuntiin ja pysyvät samoina, tällaista kappaletta kutsutaan isotrooppiseksi. Jos materiaalien fyysiset ja mekaaniset ominaisuudet muuttuvat - anisotrooppinen. Jälkimmäinen on ominaista lähes kaikille materiaaleille, vain eri määrin. Mutta on esimerkiksi teräksiä, joiden anisotropia on hyvin merkityksetöntä. Se on selkein sellaisissa luonnonmateriaaleissa kuin puu. Tuotantoolosuhteissa materiaalien mekaaniset ominaisuudet määritetään laadunvalvonnalla, jossa käytetään erilaisia GOST:eja. Heterogeenisuuden arvio saadaan tilastollisesta käsittelystä, kun testitulokset kootaan yhteen. Näytteitä tulee olla useita ja ne on leikattava tietystä mallista. Tätä menetelmää teknisten ominaisuuksien saamiseksi pidetään melko työläsnä.
Akustinen menetelmä
Materiaalien mekaanisten ominaisuuksien ja niiden ominaisuuksien määrittämiseen on olemassa monia akustisia menetelmiä, ja ne kaikki eroavat toisistaan sini- ja pulssimoodien värähtelyjen syöttö-, vastaanotto- ja rekisteröintitavoissa. Akustisia menetelmiä käytetään esimerkiksi rakennusmateriaalien, niiden paksuuden ja jännitystilan tutkimuksessa vikojen havaitsemisen aikana. Rakennemateriaalien mekaaniset ominaisuudet määritetään myös akustisin menetelmin. Lukuisia erilaisia elektronisia akustisia laitteita on jo kehitteillä ja massatuotannossa, jotka mahdollistavat elastisten a altojen ja niiden etenemisparametrien tallentamisen sekä sini- että pulssimoodissa. Niiden perusteella määritetään materiaalien lujuuden mekaaniset ominaisuudet. Jos käytetään alhaisen intensiteetin elastisia värähtelyjä, tämä menetelmä on täysin turvallinen.
Akustisen menetelmän haittana on akustisen kontaktin tarve, mikä ei aina ole mahdollista. Siksi nämä työt eivät ole kovin tuottavia, jos on tarpeen saada kiireellisesti materiaalien lujuuden mekaaniset ominaisuudet. Lopputulokseen vaikuttavat suuresti pinnan tila, tutkittavan tuotteen geometriset muodot ja mitat sekä ympäristö, jossa testit suoritetaan. Näiden vaikeuksien voittamiseksi tietty ongelma on ratkaistava tiukasti määritellyllä akustisella menetelmällä tai päinvastoin, useita niistä tulisi käyttää kerralla, se riippuu tietystä tilanteesta. Esimerkiksi lasikuitu soveltuu hyvin tällaiseen tutkimukseen, koska elastisten a altojen etenemisnopeus on hyvä, ja siksi päästä päähän -luotaus on laaj alti käytössä, kun vastaanotin ja emitteri sijaitsevat näytteen vastakkaisilla pinnoilla.
Defektoskopia
Defektoskopiamenetelmiä käytetään materiaalien laadun valvontaan eri teollisuudenaloilla. On olemassa tuhoamattomia ja tuhoavia menetelmiä. Tuhoamattomat sisältävät seuraavat.
1. Magneettivirheiden tunnistusta käytetään pinnan halkeamien ja tunkeutumisen puutteen määrittämiseen. Alueille, joilla on tällaisia vikoja, on ominaista hajakentät. Voit havaita ne erityisillä laitteilla tai yksinkertaisesti levittää magneettijauhekerroksen koko pinnalle. Vikakohdissa jauheen sijainti muuttuu levitettäessäkin.
2. Defektoskopia suoritetaan myös ultraäänen avulla. Suuntasäde heijastuu (hajallaan) eri tavalla, vaikka syvällä näytteen sisällä olisi epäjatkuvuuksia.
3. Materiaalin puutteet osoittavat hyvin säteilytutkimuksen menetelmä, joka perustuu eroon säteilyn absorptiossa eri tiheydellä olevan väliaineen avulla. Gammavirheiden tunnistusta ja röntgenkuvausta käytetään.
4. Kemiallisten vikojen havaitseminen. Jos pinta on syövytetty heikolla typpihapon, suolahapon tai niiden seoksen liuoksella (aqua regia), paikoissa, joissa on vikoja, verkosto ilmestyy mustien raitojen muodossa. Voit käyttää menetelmää, jolla rikkijäljet poistetaan. Paikoissa, joissa materiaali on epähomogeeninen, rikin pitäisi muuttaa väriä.
Tuhoavat menetelmät
Tuhoavat menetelmät on jo osittain purettu täällä. Näytteistä testataan taivutus, puristus, jännitys, eli käytetään staattisia destruktiivisia menetelmiä. Jos tuotetestataan vaihtelevilla syklisillä kuormituksilla iskutaivutuksessa - dynaamiset ominaisuudet määritetään. Makroskooppiset menetelmät antavat yleiskuvan materiaalin rakenteesta ja suurissa määrissä. Tällaista tutkimusta varten tarvitaan erityisesti kiillotettuja näytteitä, jotka altistetaan etsaukseen. Siten on mahdollista tunnistaa rakeiden muoto ja järjestely, esimerkiksi teräksessä, muodonmuutoksia sisältävien kiteiden, kuitujen, kuorien, kuplien, halkeamien ja muiden seoksen epähomogeenisuuksien esiintyminen.
Mikroskooppiset menetelmät tutkivat mikrorakennetta ja paljastavat pienimmät viat. Näytteet esihiotaan, kiillotetaan ja syövytetään sitten samalla tavalla. Lisätestaukseen sisältyy sähköisten ja optisten mikroskooppien käyttö sekä röntgendiffraktioanalyysi. Tämän menetelmän perustana on aineen atomien hajottamien säteiden interferenssi. Materiaalin ominaisuuksia ohjataan analysoimalla röntgendiffraktiokuvio. Materiaalien mekaaniset ominaisuudet määräävät niiden lujuuden, mikä on tärkeintä luotettaville ja käyttöturvallisille rakennusrakenteille. Siksi materiaali testataan huolellisesti ja eri menetelmin kaikissa olosuhteissa, jotka se pystyy hyväksymään menettämättä korkeaa mekaanisten ominaisuuksien tasoa.
Ohjausmenetelmät
Materiaalien ominaisuuksien ainetta rikkomattoman testauksen suorittamisessa tehokkaiden menetelmien oikea valinta on erittäin tärkeää. Tarkimmat ja mielenkiintoisimmat tässä suhteessa ovat vikojen havaitsemismenetelmät - vianhallinta. Tässä on tarpeen tietää ja ymmärtää erot vikojen havaitsemismenetelmien toteuttamismenetelmien ja fyysisten menetelmien välillä.mekaaniset ominaisuudet, koska ne eroavat olennaisesti toisistaan. Jos viimeksi mainitut perustuvat fysikaalisten parametrien hallintaan ja niiden myöhempään korrelaatioon materiaalin mekaanisten ominaisuuksien kanssa, niin vikojen havaitseminen perustuu viasta heijastuvan tai valvotun ympäristön läpi kulkevan säteilyn suoraan muuntamiseen.
Paras asia on tietysti monimutkainen ohjaus. Monimutkaisuus piilee optimaalisten fysikaalisten parametrien määrittämisessä, jonka avulla voidaan tunnistaa näytteen lujuus ja muut fyysiset ja mekaaniset ominaisuudet. Ja samalla kehitetään ja toteutetaan optimaalinen joukko rakenteellisten vikojen hallintaan tarkoitettuja keinoja. Ja lopuksi, tämän materiaalin kokonaisarvio ilmestyy: sen suorituskyky määräytyy useiden parametrien perusteella, jotka auttoivat määrittämään tuhoamattomat menetelmät.
Mekaaninen testaus
Materiaalien mekaaniset ominaisuudet testataan ja arvioidaan näiden testien avulla. Tämäntyyppinen ohjaus ilmestyi kauan sitten, mutta se ei ole vielä menettänyt merkitystään. Kuluttajat arvostelevat usein ja ankarasti jopa nykyaikaisia huipputeknisiä materiaaleja. Ja tämä viittaa siihen, että tutkimukset tulisi suorittaa huolellisemmin. Kuten jo mainittiin, mekaaniset testit voidaan jakaa kahteen tyyppiin: staattisiin ja dynaamisiin. Edellinen tarkastaa tuotteen tai näytteen vääntöä, jännitystä, puristusta, taivutusta ja jälkimmäistä kovuutta ja iskulujuutta. Nykyaikaiset laitteet auttavat suorittamaan nämä ei liian yksinkertaiset toimenpiteet laadukkaasti ja tunnistamaan kaikki toimintaongelmat.tämän materiaalin ominaisuudet.
Kireystestaus voi paljastaa materiaalin kestävyyden jatkuvan tai kasvavan vetojännityksen vaikutuksille. Menetelmä on vanha, testattu ja ymmärrettävä, käytetty hyvin pitkään ja edelleen laaj alti käytössä. Näyte venytetään pitkittäisakselia pitkin testauskoneessa olevan kiinnittimen avulla. Näytteen vetonopeus on vakio, kuormitus mitataan erityisellä anturilla. Samalla tarkkaillaan venymää sekä sen yhteensopivuutta kohdistetun kuormituksen kanssa. Tällaisten testien tulokset ovat erittäin hyödyllisiä uusien suunnitelmien tekemiseen, koska kukaan ei vielä tiedä, kuinka ne käyttäytyvät kuormituksen alaisena. Vain materiaalin kimmoisuuden kaikkien parametrien tunnistaminen voi ehdottaa. Maksimijännitys - myötöraja määrittää enimmäiskuormituksen, jonka tietty materiaali voi kestää. Tämä auttaa laskemaan turvamarginaalin.
Kovuustesti
Materiaalin jäykkyys lasketaan kimmomoduulista. Sujuvuuden ja kovuuden yhdistelmä auttaa määrittämään materiaalin joustavuuden. Jos teknologinen prosessi sisältää sellaisia toimenpiteitä kuin avettaminen, valssaus, puristus, on yksinkertaisesti tarpeen tietää mahdollisen plastisen muodonmuutoksen suuruus. Korkean plastisuuden ansiosta materiaali pystyy ottamaan minkä tahansa muodon sopivalla kuormituksella. Puristuskoe voi toimia myös menetelmänä turvamarginaalin määrittämisessä. Varsinkin jos materiaali on herkkää.
Kovuus on testattu käyttämälläIdentator, joka on valmistettu paljon kovemmasta materiaalista. Useimmiten tämä testi suoritetaan Brinell-menetelmän (pallo painetaan sisään), Vickersin (pyramidin muotoinen tunniste) tai Rockwellin (käytetään kartio) mukaisesti. Materiaalin pintaan painetaan tietyllä voimalla tietyn ajan tunniste, jonka jälkeen tutkitaan näytteeseen jäävää jälkiä. Muitakin melko laaj alti käytettyjä testejä on: iskunkestävyyden mittaamiseen, esimerkiksi kun materiaalin kestävyyttä arvioidaan kuormitushetkellä.
