K hodnocení výkonnostních vlastností produktů a stanovení fyzikálních a mechanických charakteristik materiálů se používají různé pokyny, GOST a další regulační a poradenské dokumenty. Doporučují se také metody pro testování zničení celé série výrobků nebo vzorků ze stejného typu materiálu. Není to příliš ekonomická metoda, ale je účinná.
Definice vlastností
Hlavní charakteristiky mechanických vlastností materiálů jsou následující.
1. Pevnost v tahu nebo pevnost v tahu - ta napěťová síla, která je fixována při nejvyšším zatížení před zničením vzorku. Mechanické charakteristiky pevnosti a plasticity materiálů popisují vlastnosti pevných látek, aby odolávaly nevratným změnám tvaru a destrukci pod vlivem vnějšího zatížení.
2. Podmíněná mez kluzu je napětí, kdy zbytkové přetvoření dosáhne 0,2 % délky vzorku. Tohle jenejmenší napětí, zatímco vzorek pokračuje v deformaci bez znatelného zvýšení napětí.
3. Hranicí dlouhodobé pevnosti se nazývá největší napětí, při dané teplotě způsobující destrukci vzorku po určitou dobu. Stanovení mechanických charakteristik materiálů se zaměřuje na konečné jednotky dlouhodobé pevnosti – k destrukci dochází při 7 000 stupních Celsia za 100 hodin.
4. Podmíněná mez tečení je napětí, které způsobuje při dané teplotě po určitou dobu ve vzorku dané prodloužení a také rychlost tečení. Limitem je deformace kovu po dobu 100 hodin při 7 000 stupních Celsia o 0,2 %. Creep je určitá rychlost deformace kovů při konstantním zatížení a vysoké teplotě po dlouhou dobu. Tepelná odolnost je odolnost materiálu vůči lomu a tečení.
5. Mez únavy je nejvyšší hodnota cyklového napětí, kdy nedochází k únavovému porušení. Počet zatěžovacích cyklů může být daný nebo libovolný, podle toho, jak je plánováno mechanické zkoušení materiálů. Mezi mechanické vlastnosti patří únava a odolnost materiálu. Při působení zatížení v cyklu se poškození hromadí, vytvářejí se trhliny, což vede ke zničení. To je únava. A vlastností odolnosti proti únavě je odolnost.
Roztáhnout a zmenšit
Materiály používané ve strojírenstvípraxe se dělí na dvě skupiny. První je plastická, pro jejíž destrukci se musí objevit výrazné zbytkové deformace, druhá je křehká, kolabující při velmi malých deformacích. Takové dělení je přirozeně velmi libovolné, protože každý materiál se v závislosti na vytvořených podmínkách může chovat jako křehký i jako tažný. Záleží na povaze napěťového stavu, teplotě, rychlosti deformace a dalších faktorech.
Mechanické vlastnosti materiálů v tahu a tlaku jsou výmluvné pro tvárné i křehké. Například měkká ocel se zkouší v tahu, zatímco litina v tlaku. Litina je křehká, ocel je tažná. Křehké materiály mají větší pevnost v tlaku, zatímco deformace v tahu je horší. Plasty mají přibližně stejné mechanické vlastnosti jako materiály v tlaku a tahu. Jejich práh se však stále určuje protahováním. Právě tyto metody mohou přesněji určit mechanické vlastnosti materiálů. Diagram tahu a komprese je znázorněn na obrázcích k tomuto článku.
Křehkost a plasticita
Co je plasticita a křehkost? Prvním z nich je schopnost nehroutit se a přijímat zbytkové deformace ve velkém množství. Tato vlastnost je rozhodující pro nejdůležitější technologické operace. Ohýbání, kreslení, kreslení, ražení a mnoho dalších operací závisí na vlastnostech plasticity. Mezi tvárné materiály patří žíhaná měď, mosaz, hliník, měkká ocel, zlato a podobně. Mnohem méně tvárný bronza dural. Téměř všechny legované oceli jsou velmi slabě tvárné.
Pevnostní charakteristiky plastových materiálů jsou porovnávány s mezí kluzu, která bude diskutována níže. Vlastnosti křehkosti a plasticity jsou značně ovlivněny teplotou a rychlostí zatěžování. Rychlé napětí činí materiál křehkým, zatímco pomalé napětí jej činí tažným. Například sklo je křehký materiál, ale při normální teplotě vydrží dlouhodobé zatížení, to znamená, že vykazuje vlastnosti plasticity. A měkká ocel je tažná, ale při rázovém zatížení se jeví jako křehký materiál.
Metoda variace
Fyzikálně-mechanické vlastnosti materiálů jsou určeny buzením podélných, ohybových, torzních a dalších, ještě složitějších typů vibrací a v závislosti na velikosti vzorků, tvarech, typech přijímače a budiče, metodách upevnění a schémata pro aplikaci dynamického zatížení. Touto metodou jsou zkoušeny i velkorozměrové výrobky, pokud se výrazně změní způsob aplikace ve způsobech aplikace zatížení, buzení vibrací a jejich registrace. Stejná metoda se používá pro stanovení mechanických charakteristik materiálů, když je nutné posoudit tuhost velkorozměrových konstrukcí. Tato metoda se však nepoužívá pro místní stanovení materiálových charakteristik ve výrobku. Praktická aplikace této techniky je možná pouze tehdy, když jsou známy geometrické rozměry a hustota, když je možné výrobek upevnit na podpěry a naprodukt - převodníky, jsou nutné určité teplotní podmínky atd.
Například při změně teplotních režimů dochází k té či oné změně, mechanické vlastnosti materiálů se při zahřívání liší. Téměř všechna tělesa se za těchto podmínek roztahují, což ovlivňuje jejich strukturu. Každé těleso má určité mechanické vlastnosti materiálů, ze kterých je složeno. Pokud se tyto charakteristiky nemění ve všech směrech a zůstávají stejné, nazývá se takové těleso izotropní. Pokud se mění fyzikální a mechanické vlastnosti materiálů - anizotropní. Ten je charakteristickým znakem téměř všech materiálů, jen v jiné míře. Jsou ale například oceli, kde je anizotropie velmi nevýznamná. Nejvýrazněji se projevuje u takových přírodních materiálů, jako je dřevo. Ve výrobních podmínkách jsou mechanické vlastnosti materiálů určovány kontrolou kvality, kde se používají různé GOST. Odhad heterogenity se získá ze statistického zpracování, když se shrnují výsledky testu. Vzorky by měly být četné a vyříznuté z konkrétního návrhu. Tento způsob získávání technologických charakteristik je považován za poměrně pracný.
Akustická metoda
Existuje mnoho akustických metod pro stanovení mechanických vlastností materiálů a jejich charakteristik a všechny se liší ve způsobech vstupu, příjmu a registrace oscilací v sinusovém a pulzním režimu. Akustické metody se používají při studiu např. stavebních materiálů, jejich tloušťky a napjatosti, při defektoskopii. Mechanické vlastnosti konstrukčních materiálů se zjišťují také pomocí akustických metod. Již se vyvíjí a sériově vyrábí řada různých elektronických akustických zařízení, která umožňují zaznamenávat elastické vlny, jejich parametry šíření jak v sinusovém, tak v pulzním režimu. Na jejich základě se stanoví mechanické charakteristiky pevnosti materiálů. Pokud jsou použity elastické oscilace nízké intenzity, stává se tato metoda absolutně bezpečnou.
Nevýhodou akustické metody je potřeba akustického kontaktu, což není vždy možné. Proto tyto práce nejsou příliš produktivní, pokud je nutné naléhavě získat mechanické charakteristiky pevnosti materiálů. Výsledek je značně ovlivněn stavem povrchu, geometrickými tvary a rozměry zkoumaného výrobku a také prostředím, kde se testy provádějí. K překonání těchto obtíží je třeba konkrétní problém řešit přesně definovanou akustickou metodou nebo jich naopak použít více najednou, záleží na konkrétní situaci. Například sklolaminát se pro takovou studii dobře hodí, protože rychlost šíření elastických vln je dobrá, a proto se široce používá ozvučení od konce ke konci, když jsou přijímač a vysílač umístěny na opačných površích vzorku.
Defektoskopie
Metody defektoskopie se používají ke kontrole kvality materiálů v různých průmyslových odvětvích. Existují nedestruktivní a destruktivní metody. Mezi nedestruktivní patří následující.
1. Magnetická detekce defektů se používá k určení povrchových trhlin a nedostatečné penetrace. Oblasti, které mají takové defekty, se vyznačují rozptylovými poli. Můžete je detekovat speciálními přístroji nebo jednoduše nanést vrstvu magnetického prášku na celý povrch. V místech defektů se umístění prášku změní i při aplikaci.
2. Defektoskopie se provádí také pomocí ultrazvuku. Směrový paprsek se bude odrážet (rozptýlit) odlišně, i když hluboko uvnitř vzorku jsou nějaké nespojitosti.
3. Vady materiálu dobře ukazuje radiační metoda výzkumu, založená na rozdílu absorpce záření prostředím různé hustoty. Používá se detekce gama defektů a rentgenové záření.
4. Detekce chemických defektů. Pokud je povrch leptán slabým roztokem kyseliny dusičné, kyseliny chlorovodíkové nebo jejich směsí (aqua regia), pak se v místech, kde jsou defekty, objeví síť ve formě černých pruhů. Můžete použít metodu, při které se odstraní otisky síry. V místech, kde je materiál nehomogenní, by síra měla změnit barvu.
destruktivní metody
Destrukční metody jsou zde již částečně rozebrány. Vzorky jsou testovány na ohyb, tlak, tah, to znamená, že se používají statické destruktivní metody. Pokud výrobekjsou zkoušeny proměnným cyklickým zatížením při rázovém ohybu - zjišťují se dynamické vlastnosti. Makroskopické metody vykreslují obecný obraz struktury materiálu a ve velkých objemech. Pro takovou studii jsou potřeba speciálně leštěné vzorky, které se podrobují leptání. Je tedy možné identifikovat tvar a uspořádání zrn, například v oceli, přítomnost krystalů s deformací, vlákna, slupky, bubliny, praskliny a další nehomogenity slitiny.
Mikroskopické metody studují mikrostrukturu a odhalují ty nejmenší defekty. Vzorky jsou předběžně broušeny, leštěny a poté stejným způsobem vyleptány. Další testování zahrnuje použití elektrických a optických mikroskopů a rentgenové difrakční analýzy. Základem této metody je interference paprsků, které jsou rozptýleny atomy látky. Charakteristiky materiálu jsou řízeny analýzou rentgenového difrakčního obrazce. Mechanické vlastnosti materiálů určují jejich pevnost, což je hlavní věc pro stavební konstrukce, které jsou spolehlivé a bezpečné v provozu. Materiál je proto pečlivě a různými metodami testován za všech podmínek, které je schopen akceptovat, aniž by ztratil vysokou úroveň mechanických vlastností.
Metody kontroly
Pro provádění nedestruktivního testování vlastností materiálů je velmi důležitá správná volba účinných metod. Nejpřesnější a nejzajímavější jsou v tomto ohledu metody detekce chyb – defekt control. Zde je nutné znát a chápat rozdíly mezi metodami implementace metod detekce vad a metodami pro určování fyzikálníchmechanické vlastnosti, protože se od sebe zásadně liší. Pokud jsou tyto založeny na kontrole fyzikálních parametrů a jejich následné korelaci s mechanickými vlastnostmi materiálu, pak je detekce vad založena na přímé konverzi záření, které se odráží od defektu nebo prochází kontrolovaným prostředím.
Nejlepší věc je samozřejmě komplexní ovládání. Složitost spočívá ve stanovení optimálních fyzikálních parametrů, pomocí kterých lze identifikovat pevnost a další fyzikální a mechanické vlastnosti vzorku. A také je současně vyvinuta a následně implementována optimální sada prostředků pro kontrolu strukturálních defektů. A nakonec se objevuje integrální hodnocení tohoto materiálu: jeho výkon je určen celou řadou parametrů, které pomohly určit nedestruktivní metody.
Mechanické testování
Pomocí těchto testů se testují a vyhodnocují mechanické vlastnosti materiálů. Tento typ ovládání se objevil již dávno, ale stále neztratil svůj význam. I moderní high-tech materiály jsou spotřebiteli často a tvrdě kritizovány. A to naznačuje, že vyšetření by měla být prováděna pečlivěji. Jak již bylo zmíněno, mechanické zkoušky lze rozdělit na dva typy: statické a dynamické. První kontroluje výrobek nebo vzorek na kroucení, tah, tlak, ohyb a druhý na tvrdost a rázovou pevnost. Moderní vybavení pomáhá tyto nepříliš jednoduché postupy provádět kvalitně a identifikovat všechny provozní problémy.vlastnosti tohoto materiálu.
Testování tahem může odhalit odolnost materiálu vůči účinkům aplikovaného konstantního nebo rostoucího tahového napětí. Metoda je stará, vyzkoušená a srozumitelná, používaná velmi dlouho a stále hojně využívaná. Vzorek je natažen podél podélné osy pomocí přípravku ve zkušebním stroji. Rychlost tahu vzorku je konstantní, zatížení je měřeno speciálním senzorem. Zároveň se sleduje tažnost a také její soulad s působícím zatížením. Výsledky těchto testů jsou mimořádně užitečné, pokud mají být vytvořeny nové konstrukce, protože nikdo zatím neví, jak se budou chovat při zatížení. Pouze identifikace všech parametrů pružnosti materiálu může napovědět. Maximální napětí - mez kluzu určuje maximální zatížení, které daný materiál vydrží. To pomůže vypočítat bezpečnostní rozpětí.
Test tvrdosti
Tuhost materiálu se vypočítá z modulu pružnosti. Kombinace tekutosti a tvrdosti pomáhá určit elasticitu materiálu. Pokud technologický proces obsahuje takové operace jako protahování, válcování, lisování, pak je prostě potřeba znát velikost možné plastické deformace. Díky vysoké plasticitě bude materiál schopen přijmout jakýkoli tvar pod odpovídajícím zatížením. Kompresní test může také sloužit jako metoda pro stanovení meze bezpečnosti. Zvláště pokud je materiál křehký.
Tvrdost se testuje pomocíIdentator, který je vyroben z mnohem tvrdšího materiálu. Nejčastěji se tento test provádí metodou podle Brinella (zalisuje se kulička), podle Vickerse (ider ve tvaru pyramidy) nebo podle Rockwella (používá se kužel). Identifikátor je určitou silou po určitou dobu vtlačován do povrchu materiálu a poté je studován otisk zbývající na vzorku. Existují další poměrně široce používané testy: pro rázovou houževnatost, například, když se odolnost materiálu hodnotí v okamžiku aplikace zatížení.
