Gaminių eksploatacinėms savybėms įvertinti ir medžiagų fizinėms bei mechaninėms charakteristikoms nustatyti naudojamos įvairios instrukcijos, GOST ir kiti norminiai bei patariamieji dokumentai. Taip pat rekomenduojami daugybės gaminių ar tos pačios rūšies medžiagos pavyzdžių sunaikinimo bandymo metodai. Tai nėra labai ekonomiškas metodas, bet veiksmingas.
Ypatybių apibrėžimas
Pagrindinės medžiagų mechaninių savybių charakteristikos yra tokios.
1. Tempiamasis stipris arba tempiamasis stipris – ta įtempio jėga, kuri fiksuojama esant didžiausiai apkrovai prieš bandinio sunaikinimą. Medžiagų stiprumo ir plastiškumo mechaninės charakteristikos apibūdina kietųjų medžiagų savybes atsispirti negrįžtamiems formos pokyčiams ir sunaikinimui veikiant išorinėms apkrovoms.
2. Sąlyginė takumo riba yra įtempis, kai liekamoji deformacija pasiekia 0,2 % mėginio ilgio. Tai yramažiausias įtempis, kol bandinys toliau deformuojasi be pastebimo įtempio padidėjimo.
3. Ilgalaikio stiprumo riba vadinama didžiausiu įtempimu tam tikroje temperatūroje, sukeliančiu bandinio sunaikinimą tam tikrą laiką. Nustatant medžiagų mechanines charakteristikas daugiausia dėmesio skiriama galutiniams ilgalaikio stiprumo vienetams – sunaikinimas įvyksta 7000 laipsnių Celsijaus temperatūroje per 100 valandų.
4. Sąlyginė valkšnumo riba yra įtempis, kuris tam tikroje temperatūroje tam tikrą laiką bandinyje sukelia tam tikrą pailgėjimą, taip pat valkšnumo greitį. Riba yra metalo deformacija 100 valandų 7000 laipsnių Celsijaus temperatūroje 0,2%. Valkšnumas – tai tam tikras metalų deformacijos greitis esant pastoviai apkrovai ir aukštai temperatūrai ilgą laiką. Atsparumas karščiui – tai medžiagos atsparumas lūžimui ir šliaužimui.
5. Nuovargio riba yra didžiausia ciklo įtempio vertė, kai nuovargio gedimas neįvyksta. Pakrovimo ciklų skaičius gali būti nurodytas arba savavališkas, priklausomai nuo to, kaip planuojamas mechaninis medžiagų bandymas. Mechaninės charakteristikos apima medžiagos nuovargį ir ištvermę. Veikiant ciklo apkrovoms, kaupiasi pažeidimai, susidaro įtrūkimai, dėl kurių sunaikinama. Tai yra nuovargis. O atsparumo nuovargiui savybė yra ištvermė.
Ištempkite ir susitraukite
Inžinerijoje naudojamos medžiagospraktika skirstoma į dvi grupes. Pirmasis yra plastikas, kurio sunaikinimui turi atsirasti didelių liekamųjų deformacijų, antrasis yra trapus, griūvantis prie labai mažų deformacijų. Natūralu, kad toks skirstymas yra labai savavališkas, nes kiekviena medžiaga, priklausomai nuo susidariusių sąlygų, gali elgtis ir kaip trapi, ir kaip plastiška. Tai priklauso nuo įtempimo būsenos pobūdžio, temperatūros, deformacijos greičio ir kitų veiksnių.
Mechaninės tempimo ir gniuždymo medžiagų charakteristikos yra iškalbingos dėl plastiškų ir trapių. Pavyzdžiui, švelnus plienas bandomas tempiant, o ketus – gniuždant. Ketus yra trapus, plienas yra kalus. Trapios medžiagos turi didesnį gniuždymo stiprumą, o tempimo deformacija yra blogesnė. Plastikas turi maždaug tokias pačias mechanines charakteristikas, kaip ir gniuždant bei įtempiant. Tačiau jų slenkstį vis tiek lemia tempimas. Būtent šiais metodais galima tiksliau nustatyti mechanines medžiagų charakteristikas. Įtempimo ir suspaudimo diagrama parodyta šio straipsnio iliustracijose.
Trupumas ir plastiškumas
Kas yra plastiškumas ir trapumas? Pirmasis yra gebėjimas nesugriūti, gaunant dideliais kiekiais liekamųjų deformacijų. Ši savybė yra lemiama atliekant svarbiausias technologines operacijas. Lankstymas, braižymas, braižymas, štampavimas ir daugelis kitų operacijų priklauso nuo plastiškumo savybių. Kaliosios medžiagos yra atkaitintas varis, žalvaris, aliuminis, švelnus plienas, auksas ir pan. Daug mažiau kaliosios bronzosir duralinis. Beveik visi legiruoti plienai yra labai silpnai plastiški.
Plastikinių medžiagų stiprumo charakteristikos lyginamos su takumo riba, kuri bus aptarta toliau. Trapumumo ir plastiškumo savybėms didelę įtaką daro temperatūra ir apkrovos greitis. Dėl greito įtempimo medžiaga tampa trapi, o dėl lėto įtempimo ji tampa lanksti. Pavyzdžiui, stiklas yra trapi medžiaga, tačiau jis gali atlaikyti ilgalaikę apkrovą, jei temperatūra yra normali, tai yra, rodo plastiškumo savybes. Švelnus plienas yra plastiškas, tačiau veikiant smūginei apkrovai jis atrodo kaip trapi medžiaga.
Variacijos metodas
Medžiagų fizines-mechanines charakteristikas lemia išilginių, lenkimo, sukimo ir kitų, dar sudėtingesnių tipų virpesių sužadinimas, o priklausomai nuo mėginių dydžio, formų, imtuvo ir žadintuvo tipų, metodų tvirtinimo ir dinaminių apkrovų taikymo schemos. Šiuo metodu bandomi ir stambių gabaritų gaminiai, jei apkrovos taikymo, vibracijų sužadinimo ir jų registravimo metoduose labai pasikeičia taikymo būdas. Toks pat metodas taikomas medžiagų mechaninėms charakteristikoms nustatyti, kai reikia įvertinti didelių gabaritų konstrukcijų standumą. Tačiau šis metodas nenaudojamas vietiniam gaminio medžiagos charakteristikų nustatymui. Praktinis technikos pritaikymas įmanomas tik tada, kai žinomi geometriniai matmenys ir tankis, kai yra galimybė pritvirtinti gaminį ant atramų ir antgaminys – keitikliai, reikalingos tam tikros temperatūros sąlygos ir pan.
Pavyzdžiui, keičiantis temperatūros režimams, įvyksta vienoks ar kitoks pokytis, kaitinant skiriasi medžiagų mechaninės charakteristikos. Beveik visi kūnai tokiomis sąlygomis plečiasi, o tai turi įtakos jų struktūrai. Bet kuris kūnas turi tam tikras mechanines medžiagų, iš kurių jis sudarytas, charakteristikas. Jei šios charakteristikos nesikeičia visomis kryptimis ir išlieka tokios pačios, toks kūnas vadinamas izotropiniu. Jeigu keičiasi medžiagų fizinės ir mechaninės charakteristikos – anizotropinės. Pastaroji yra būdinga beveik visoms medžiagoms, tik skirtingai. Tačiau yra, pavyzdžiui, plienų, kurių anizotropija yra labai nereikšminga. Jis ryškiausias tokiose natūraliose medžiagose kaip mediena. Gamybos sąlygomis medžiagų mechaninės charakteristikos nustatomos atliekant kokybės kontrolę, kur naudojami įvairūs GOST. Heterogeniškumo įvertinimas gaunamas apdorojant statistiškai, kai apibendrinami bandymo rezultatai. Mėginių turėtų būti daug ir jie turi būti iškirpti pagal konkretų dizainą. Šis technologinių charakteristikų gavimo būdas laikomas gana sudėtingu.
Akustinis metodas
Medžiagų mechaninėms savybėms ir jų charakteristikoms nustatyti yra daugybė akustinių metodų ir visi jie skiriasi virpesių įvedimo, priėmimo ir registravimo būdais sinusoidiniu ir impulsiniu režimu. Akustiniai metodai naudojami tiriant, pavyzdžiui, statybines medžiagas, jų storį ir tempimo būseną, defektų nustatymo metu. Akustiniais metodais nustatomos ir konstrukcinių medžiagų mechaninės charakteristikos. Jau kuriama ir masiškai gaminama daugybė įvairių elektroninių akustinių prietaisų, leidžiančių fiksuoti elastines bangas, jų sklidimo parametrus tiek sinusiniu, tiek impulsiniu režimu. Jų pagrindu nustatomos mechaninės medžiagų stiprumo charakteristikos. Jei naudojami mažo intensyvumo elastiniai virpesiai, šis metodas tampa visiškai saugus.
Akustinio metodo trūkumas yra akustinio kontakto poreikis, kuris ne visada įmanomas. Todėl šie darbai nėra labai produktyvūs, jei reikia skubiai gauti mechanines medžiagų stiprumo charakteristikas. Rezultatui didelę įtaką turi paviršiaus būklė, tiriamo gaminio geometrinės formos ir matmenys, taip pat aplinka, kurioje atliekami bandymai. Norint įveikti šiuos sunkumus, konkreti problema turi būti išspręsta griežtai apibrėžtu akustiniu metodu arba, priešingai, iš karto turi būti naudojami keli iš jų, tai priklauso nuo konkrečios situacijos. Pavyzdžiui, stiklo pluoštas puikiai tinka tokiam tyrimui, nes tampriųjų bangų sklidimo greitis yra geras, todėl plačiai naudojamas zondavimas nuo galo iki galo, kai imtuvas ir emiteris yra priešinguose mėginio paviršiuose.
Defektoskopija
Defektoskopijos metodai naudojami medžiagų kokybei kontroliuoti įvairiose pramonės šakose. Yra neardomieji ir destruktyvūs metodai. Neardomieji apima šiuos dalykus.
1. Magnetinio defekto aptikimas naudojamas paviršiaus įtrūkimams ir prasiskverbimo trūkumui nustatyti. Vietovėms, kuriose yra tokių defektų, būdingi klajojantys laukai. Galite juos aptikti specialiais prietaisais arba tiesiog užtepkite magnetinės pudros sluoksnį per visą paviršių. Defektų vietose pudros vieta pasikeis net užtepus.
2. Defektoskopija taip pat atliekama ultragarsu. Kryptinis spindulys bus atspindėtas (išsklaidytas) skirtingai, net jei pavyzdžio viduje yra kokių nors nutrūkimų.
3. Medžiagos defektus gerai parodo radiacinis tyrimo metodas, pagrįstas skirtingo tankio terpės spinduliuotės sugerties skirtumu. Naudojamas gama defektų aptikimas ir rentgeno spinduliai.
4. Cheminių defektų aptikimas. Jei paviršius išgraviruotas silpnu azoto rūgšties, druskos rūgšties ar jų mišinio tirpalu (aqua regia), tai vietose, kur yra defektų, atsiranda tinklas juodų juostelių pavidalu. Galite taikyti metodą, kuriuo pašalinami sieros atspaudai. Vietose, kur medžiaga yra nevienalytė, siera turi pakeisti spalvą.
Gaidomieji metodai
Gaidomieji metodai čia jau iš dalies išmontuoti. Mėginiai tikrinami dėl lenkimo, suspaudimo, įtempimo, tai yra, naudojami statiniai ardomieji metodai. Jei produktasbandomos su kintamomis ciklinėmis apkrovomis lenkiant smūgius – nustatomos dinaminės savybės. Makroskopiniai metodai sudaro bendrą medžiagos struktūros vaizdą ir dideliais kiekiais. Tokiam tyrimui reikalingi specialiai poliruoti mėginiai, kurie yra ėsdinami. Taigi, galima nustatyti grūdelių formą ir išsidėstymą, pavyzdžiui, pliene, deformuotų kristalų, pluoštų, lukštų, burbuliukų, įtrūkimų ir kitų lydinio nehomogeniškumo buvimą.
Mikroskopiniais metodais tiriama mikrostruktūra ir atskleidžiami smulkiausi defektai. Mėginiai iš anksto šlifuojami, poliruojami ir išgraviruojami tokiu pačiu būdu. Tolesni bandymai apima elektrinių ir optinių mikroskopų naudojimą bei rentgeno spindulių difrakcijos analizę. Šio metodo pagrindas yra spindulių, kuriuos išsklaido medžiagos atomai, trukdžiai. Medžiagos charakteristikos kontroliuojamos analizuojant rentgeno spindulių difrakcijos modelį. Medžiagų mechaninės charakteristikos lemia jų stiprumą, kuris yra svarbiausias patikimoms ir saugioms eksploatacinėms statybinėms konstrukcijoms. Todėl medžiaga yra kruopščiai ir skirtingais metodais išbandoma visomis sąlygomis, kurias galima priimti neprarandant aukšto lygio mechaninių savybių.
Valdymo metodai
Atliekant neardomąjį medžiagų charakteristikų bandymą, labai svarbu tinkamai pasirinkti veiksmingus metodus. Tiksliausi ir įdomiausi šiuo atžvilgiu yra defektų nustatymo metodai – defektų kontrolė. Čia būtina žinoti ir suprasti trūkumų aptikimo metodų ir fizinių savybių nustatymo metodų skirtumus.mechaninės charakteristikos, nes jos iš esmės skiriasi viena nuo kitos. Jei pastarieji yra pagrįsti fizikinių parametrų kontrole ir vėlesne jų koreliacija su medžiagos mechaninėmis charakteristikomis, tai defektų aptikimas pagrįstas tiesioginiu spinduliuotės, kuri atsispindi nuo defekto arba praeina per kontroliuojamą aplinką, konversija.
Geriausias dalykas, žinoma, yra sudėtingas valdymas. Sudėtingumas slypi nustatant optimalius fizinius parametrus, pagal kuriuos galima nustatyti mėginio stiprumą ir kitas fizines bei mechanines charakteristikas. Taip pat tuo pačiu metu sukuriamas ir įgyvendinamas optimalus konstrukcijų defektų kontrolės priemonių rinkinys. Ir, galiausiai, atsiranda vientisas šios medžiagos įvertinimas: jos veikimą lemia daugybė parametrų, kurie padėjo nustatyti neardomuosius metodus.
Mechaninis bandymas
Šių testų pagalba tikrinamos ir įvertinamos medžiagų mechaninės savybės. Šis valdymo tipas atsirado seniai, tačiau vis dar neprarado savo aktualumo. Net šiuolaikinės aukštųjų technologijų medžiagos dažnai ir griežtai kritikuojamos vartotojų. O tai rodo, kad tyrimus reikėtų atlikti atidžiau. Kaip jau minėta, mechaninius bandymus galima suskirstyti į du tipus: statinius ir dinaminius. Pirmieji tikrina gaminio ar mėginio sukimąsi, įtempimą, suspaudimą, lenkimą, o antrieji – kietumą ir atsparumą smūgiams. Šiuolaikinė įranga padeda kokybiškai atlikti šias ne itin paprastas procedūras ir identifikuoti visas eksploatacines problemas.šios medžiagos savybės.
Įtempimo bandymas gali atskleisti medžiagos atsparumą taikomo pastovaus arba didėjančio tempimo įtempio poveikiui. Metodas yra senas, patikrintas ir suprantamas, naudojamas labai ilgą laiką ir vis dar plačiai naudojamas. Mėginys ištempiamas išilgine ašimi bandymo aparate įtaisytu įtaisu. Mėginio tempimo greitis pastovus, apkrova matuojama specialiu jutikliu. Tuo pačiu metu stebimas pailgėjimas, taip pat jo atitikimas taikomai apkrovai. Tokių bandymų rezultatai yra labai naudingi, jei reikia kurti naujus dizainus, nes dar niekas nežino, kaip jie elgsis esant apkrovai. Galima pasiūlyti tik visų medžiagos elastingumo parametrų identifikavimą. Didžiausias įtempis – takumo riba apibrėžia didžiausią apkrovą, kurią gali atlaikyti tam tikra medžiaga. Tai padės apskaičiuoti saugos ribą.
Kietumo testas
Medžiagos standumas apskaičiuojamas pagal tamprumo modulį. Skystumo ir kietumo derinys padeda nustatyti medžiagos elastingumą. Jei technologiniame procese yra tokios operacijos kaip pramušimas, valcavimas, presavimas, tuomet tiesiog būtina žinoti galimos plastinės deformacijos mastą. Dėl didelio plastiškumo medžiaga gali įgauti bet kokią formą esant atitinkamai apkrovai. Suspaudimo bandymas taip pat gali būti naudojamas kaip saugos ribos nustatymo metodas. Ypač jei medžiaga yra trapi.
Kietumas tikrinamas naudojantIdentator, kuris pagamintas iš daug kietesnės medžiagos. Dažniausiai šis testas atliekamas pagal Brinelio metodą (įspaudžiamas rutulys), Vickers (piramidės formos identifikatorius) arba Rockwell (naudojamas kūgis). Tam tikrą laiką tam tikra jėga į medžiagos paviršių įspaudžiamas identifikatorius, o po to tiriamas, koks įspaudas lieka ant bandinio. Yra ir kitų gana plačiai taikomų bandymų: atsparumui smūgiams, pavyzdžiui, kai vertinamas medžiagos atsparumas apkrovos veikimo momentu.
