Osnovne fizičke i mehaničke osobine materijala

Za procjenu operativnih svojstava proizvoda i za određivanje fizikalnih i mehaničkih svojstava materijala upotrebljavaju se različite upute, GOST i drugi propisi i preporuka. Preporučuje se i metode ispitivanja za uništenje čitavog niza proizvoda ili sličnih vrsta materijala. Ovo nije vrlo ekonomična metoda, ali učinkovita.

karakterizacija

Glavne karakteristike mehaničkih svojstava materijala su kako slijedi.

1. Privremena otpornost ili krajnja čvrstoća jesu jakost napona koja je fiksirana na najvećem opterećenju prije uništavanja uzorka. Mehaničke karakteristike čvrstoće i plastičnosti materijala opisuju svojstva čvrstih tijela da se odupru nepovratnim promjenama oblika i uništavanja pod utjecajem vanjskih opterećenja.

2. Uvjetna granična granica je stres kada rezidualna deformacija dosegne 0,2% duljine uzorka. Ovo je najniži napon u vrijeme kada se uzorak neprekidno deformira bez zamjetnog povećanja opterećenja.

3. Granica dugotrajne čvrstoće je maksimalni naprezanje pri određenoj temperaturi koja uzrokuje uništavanje uzorka za određeno vrijeme. Određivanje mehaničkih svojstava materijala vodi krajnjim jedinicama dugotrajne čvrstoće - kvara se javlja na 7.000 stupnjeva centara na 100 sati.

4. Uvjetna granica puzanja je stres koji uzrokuje određenu elongaciju, kao i brzinu puzanja, na određenoj temperaturi određeno vrijeme u uzorku. Granica je deformacija metala tijekom 100 sati na 7000 stupnjeva Celzijusa za 0,2%. Creep se definira kao definirana stopa deformacije metala pod konstantnim opterećenjem i visokim temperaturama dugo vremena. Otpornost na toplinu je otpornost materijala na lom i puzanje.

5. Ograničenje izdržljivosti je najveća vrijednost ciklusa stresa, kad se ne pojavi zamor umora. Broj ciklusa utovara može biti specificiran ili proizvoljan, ovisno o tome kako se planira mehaničko ispitivanje materijala. Mehaničke karakteristike uključuju umor i izdržljivost materijala. Pod djelovanjem opterećenja u ciklusu, oštećenja se nakupljaju, nastaju pukotine, što dovodi do uništenja. Umor je. Nekretnina otpora umora je izdržljivost.

Istezanje i cijeđenje

Materijali korišteni u tehničkoj praksi podijeljeni su u dvije skupine. Prvo - plastična loma koji se treba pojaviti značajan trajne deformacije, drugi - krhki, pucaju na vrlo malim sojeva. Naravno, ova je podjela vrlo proizvoljna, jer svaki materijal, ovisno o stvorenim uvjetima, može se ponašati i kao krhke i plastične. To ovisi o prirodi stanja stresa, o temperaturi, brzini deformacije i drugim čimbenicima.

Mehanička svojstva materijala u napetosti i kompresiji su elokventna iu plastičnoj i krhki. Na primjer, čelik s niskim udjelom ugljika se ispituje istezanjem, a lijevanog željeza kompresijom. Lijevano željezo - krhki, čelik - plastični. Krhki materijali imaju visoku otpornost na kompresiju, s deformacijom napetosti - lošije. Plastično imaju otprilike iste mehaničke osobine materijala pod kompresijom i istezanjem. Međutim, njihov prag određen je istezanjem. Upravo te metode mogu preciznije odrediti mehaničke osobine materijala. Dijagram napetosti i kompresije prikazan je u ilustracijama ovom članku.

Friability i duktilnost

Što je plastičnost i lomljivost? Prva je sposobnost da se ne sruši, uzimajući preostale deformacije u velikim količinama. Ova je imovina presudna za najvažnije tehnološke operacije. Savijanje, crtanje, crtanje, žigosanje i mnoge druge operacije ovise o svojstvima plastičnosti. Plastični materijali uključuju žarene bakar, mesing, aluminij, ugljični čelik, zlato i slično. Bronca i duralumina su mnogo manje plastični. Gotovo slabo plastično gotovo sve čelik od legure.

Uspoređuju se karakteristike čvrstoće plastičnih materijala snaga prinosa, što će biti obrađeno u nastavku. Na svojstva krhkosti i plastičnosti uvelike utječe temperatura i stopa utovara. Brzo napetost daje materijalnu lomljivost i sporu plastičnost. Na primjer, staklo je krhki materijal, ali može izdržati produljeni utjecaj opterećenja ako je temperatura normalna, to jest pokazuje svojstva duktilnosti. ugljični čelik To je duktilno, međutim, kada je udar oštar, teret se manifestira kao krhki materijal.

Način oscilacije

Fizikalna i mehanička svojstva materijala određena su pobudom uzdužnih, savijanja, torzija i drugih, čak i složenijih načini vibracija i ovisno o veličini uzoraka, oblika, vrsta prijemnika i patogena, metode vezivanja i sheme za primjenu dinamičkih opterećenja. Veliki proizvodi također se podvrgavaju testiranju uz pomoć ove metode, ako je neophodno mijenjati način primjene u metodama primjene opterećenja, uzbudljivanja oscilacija i njihova snimanja. Ista metoda određuje mehanička svojstva materijala, kada je potrebno procijeniti krutost velikih struktura. Međutim, kada se karakteristike proizvoda lokalno definiraju u proizvodu, ova metoda se ne koristi. Praktična primjena metode je moguća samo kada su poznate geometrijske dimenzije i gustoće, kada je moguće popraviti proizvod na nosače, a sam proizvod - pretvarači, određeni temperaturni uvjeti, itd. Su potrebni.

Na primjer, prilikom mijenjanja uvjeta temperature, ova ili ona promjena, mehaničke osobine materijala postaju različite kada se zagrijavaju. Praktično se sva tijela proširuju pod tim uvjetima, što utječe na njihovu strukturu. Svako tijelo ima ove ili druge mehaničke osobine materijala od kojih je sastavljen. Ako se u svim smjerovima ove karakteristike ne mijenjaju i ostaju iste, takvo se tijelo naziva izotropno. Ako se fizičke i mehaničke osobine materijala mijenjaju - anizotropno. Potonja je karakteristična značajka gotovo svih materijala, samo u različitim stupnjevima. Ali postoji, na primjer, čelik, gdje je anizotropija vrlo beznačajna. Najjasnije se izražava u takvim prirodnim materijalima kao što su drvo. U proizvodnom okruženju, mehanička svojstva materijala određuju se kontrolom kakvoće, pri čemu se koriste različite GOST-ovi. Procjena nehomogenosti dobiva se iz statističke obrade, kada su rezultati ispitivanja sažeti. Uzorci trebaju biti brojni i izrezani iz određenog dizajna. Ova metoda dobivanja tehnoloških značajki smatra se dosta dugotrajnom.

Akustička metoda

Akustičke metode za određivanje mehaničkih svojstava materijala i njihovih svojstava su mnoge, a sve se razlikuju u načinu unosa, prijema i snimanja oscilacija u sinusoidalnim i pulsnim načinima. Akustičke metode se koriste pri ispitivanju, na primjer, građevinskog materijala, njihove debljine i stanja stresa, u otkrivanju nedostataka. Mehanička svojstva strukturnih materijala također se određuju akustičkim metodama. Već se razvijaju brojni razni elektronički akustični uređaji koji se serijski proizvode, što omogućuje snimanje elastičnih valova, parametre njihove propagacije i u sinusoidnim i pulsnim načinima. Na temelju njih određuju se mehaničke čvrstoće materijala. Ako se koriste elastične vibracije niskog intenziteta, ova metoda postaje apsolutno sigurna.

Nedostatak akustične metode je potreba za akustične spojnice to nije uvijek moguće. Dakle, ta djela nisu vrlo produktivni, morate odmah doći mehaničke karakteristike čvrstoće materijala. Veliki utjecaj na ishod ima stanje površine, geometrijskih oblika i dimenzija ispitnog proizvoda i okoline u kojoj se provode testovi. Kako bi se prevladale te poteškoće, specifičan problem mora biti riješen strogo definiran akustične metode ili, alternativno, koristiti ih nekoliko, ovisno o specifičnoj situaciji. Na primjer, fiberglasa odgovoriti i na ovoj studiji, jer dobre brzine prijenosa elastičnih valova, pa se često koristi kroz zvuči kad prijemnik i predajnik su postavljeni na suprotnim površinama uzorka.

otkrivanje pukotina

Metode otkrivanja mane koriste se za kontrolu kvalitete materijala u različitim industrijama. Postoje nedestruktivne i destruktivne metode. Sljedeće su bez razaranja.

1. Za određivanje pukotina na površinama i bez zavarivanja, otkrivanje magnetskog kvara. Područja koja imaju takve nedostatke karakteriziraju polja disperzije. Oni se mogu detektirati posebnim uređajima ili jednostavnim nanosom sloja magnetskog praha na čitavu površinu. Na mjestima nedostataka, mjesto praha će se mijenjati čak i kada se primjenjuje.

2. Defektoskopija se provodi uz pomoć ultrazvuk. Smjerna zraka će se reflektirati drugačije (raspršena), ako u uzorku postoje duboki diskontinuiteti.

3. Nedostaci u materijalnoj bušotini metoda istraživanja radijacije, na temelju razlike u apsorpciji zračenja medijem različite gustoće. Koristi se Gamma defektoskopija i X-zraka.

4. Otkrivanje kemijskih nedostataka. Ako je površina urezan sa slabim otopine dušične kiseline, klorovodične kiseline ili njihove smjese (zlatotopci), na mjestima gdje postoje defekti očituje u obliku crne mreže traka. Moguće je primijeniti metodu kojom uklanja otiske sumpora. Na mjestima gdje je materijal nejednoliko, sumpor mora promijeniti boju.

Destruktivne metode

Metode razaranja već su djelomično rastavljene. Uzorci se testiraju za savijanje, kompresiju, istezanje, tj. Statičke destruktivne metode. Ako se proizvod podvrgne izmjeničnim cikličkim naprezanjima na savijanju udaraca, utvrđuju se dinamička svojstva. Makroskopne metode crpe sveukupnu sliku strukture materijala iu velikim količinama. Za takvu studiju potrebni su posebni uzorci uzoraka koji su ugravirani. Tako je moguće otkriti oblik i raspored žitarica, na primjer čelika, prisutnost kristala s deformacijom, vlakna, školjke, mjehurići, pukotine i druge heterogenosti legure.

Mikroskopske metode se koriste za proučavanje mikrostrukture i otkrivanje najmanjih poroka. Uzorci na isti način prethodno su tlo, polirani i zatim podvrgnuti jetkanju. Daljnja ispitivanja uključuju upotrebu električnih i optičkih mikroskopa te analiza strukture rendgenskih zraka. Temelj ove metode je uplitanje zraka koje su raspršene od atoma tvari. Značajka materijala se prati pomoću rendgenske analize. Mehanička svojstva materijala određuju njihovu čvrstoću, što je glavna stvar za izgradnju struktura koje su pouzdane i sigurne za rad. Stoga je materijal pažljivo i na različite načine ispitan u svim uvjetima, koje je u stanju prihvatiti bez gubljenja visoke razine mehaničkih svojstava.

Metode kontrole

Da bi se izvršila nerazorna kontrola nad svojstvima materijala, od velike je važnosti točan izbor učinkovitih metoda. Najprecizniji i zanimljiviji u tom smislu su metode defektoskopije - defekt upravljanja. Ovdje je potrebno poznavati i razumjeti razlike između metoda primjene metoda za otkrivanje nedostataka i metoda za određivanje fizičkih i mehaničkih svojstava, budući da su u osnovi različite međusobno. Ako se potonji temelje na kontroli fizičkih parametara i njihovoj naknadnoj korelaciji s mehaničkim svojstvima materijala, defektoskopija se temelji na izravnoj transformaciji zračenja koja se ogleda iz manjka ili prolazi kroz kontrolirani medij.

Najbolje od svega, naravno, kontrola je složena. Složenost se sastoji u određivanju optimalnih fizikalnih parametara pomoću kojih se može utvrditi čvrstoća i druge fizičke i mehaničke karakteristike uzorka. Istodobno se razvija i zatim provodi optimalni skup kontrola za strukturne nedostatke. I konačno, tu je integralna procjena ovog materijala: njegova izvedba određuje cijeli niz parametara koji su pomogli u određivanju nerazornih metoda.

Mehaničko ispitivanje

Pomoću takvih ispitivanja provjeravaju se i procjenjuju mehanička svojstva materijala. Ova vrsta kontrole pojavila se jako dugo, ali nije izgubila svoju važnost. Čak i moderni high-tech materijali potrošači često i gorko kritiziraju. A to sugerira da se stručnost treba provesti pažljivije. Kao što je već spomenuto, mehanička ispitivanja mogu se podijeliti u dvije vrste: statički i dinamički. Prvo provjerite proizvod ili uzorak za torziju, napetost, kompresiju, savijanje i drugu - za tvrdoću i udarnu čvrstoću. Moderna oprema pomaže kvalitativno provoditi ove ne previše jednostavne postupke i otkriti sva eksploatativna svojstva ovog materijala.

Ispitivanje otpornosti može otkriti otpornost materijala na djelovanje primijenjene konstante ili povećanje vlačnog stresa. Metoda je stara, testirana i razumljiva, koristi se vrlo davno i još uvijek je naširoko koristi. Uzorak se proteže duž uzdužne osi pomoću uređaja u ispitnom stroju. Brzina rastezanja uzorka je konstantna, opterećenje se mjeri posebnim senzorom. Istodobno se kontrolira izduženje, kao i njezina sukladnost s primijenjenim opterećenjem. Rezultati takvih testova izuzetno su korisni ako trebate stvoriti nove dizajne jer nitko ne zna kako će se ponašati pod opterećenjem. Samo identifikacija svih parametara elastičnosti materijala može pomoći. Maksimalni stres - snaga prinosa - čini definiciju maksimalnog opterećenja koje ovaj materijal može izdržati. To će vam pomoći u izračunu margine sigurnosti.

Ispitivanje tvrdoće

Ukočenost materijala izračunava se modulom elastičnosti. Kombinacija fluidnosti i tvrdoće pomaže u određivanju elastičnosti materijala. Ako u tehnološkom procesu postoje takve operacije kao što su otvaranje, valjanje, pritiskivanje, onda je količina eventualne plastične deformacije jednostavno neophodno znati. S visokom plastičnosti, materijal može uzeti bilo koji oblik pri odgovarajućem opterećenju. Metoda otkrivanja faktora sigurnosti također može poslužiti kao test za kompresiju. Pogotovo ako je materijal krhki.

Tvrdoća se testira pomoću identifikatora koji je izrađen od mnogo čvršćih materijala. Najčešće se ovaj test provodi pomoću Brinellove metode (kuglica je pritisnuta), Vickers (piramidalni identifikator) ili Rockwell (pomoću konusa). Identifikator s određenom silom se utiskuje na površinu materijala u određenom vremenskom razdoblju, a zatim se proučava otisak koji ostaje na uzorku. Postoje i drugi prilično široko korišteni testovi: otpornost na udar, na primjer, kada se otpor materijala prilikom primjene opterećenja procjenjuje.