Toodete tööomaduste hindamiseks ning materjalide füüsikaliste ja mehaaniliste omaduste määramiseks kasutatakse erinevaid juhiseid, GOST-e ja muid regulatiivseid ja nõuandeid dokumente. Samuti on soovitatav kasutada terve rea toote või sama tüüpi materjali proovide hävitamise katsetamise meetodeid. See ei ole väga ökonoomne meetod, kuid see on tõhus.
Omaduste määratlus
Materjalide mehaaniliste omaduste peamised omadused on järgmised.
1. Tõmbetugevus või tõmbetugevus – pingejõud, mis fikseeritakse suurimal koormusel enne proovi hävitamist. Materjalide tugevuse ja plastilisuse mehaanilised omadused kirjeldavad tahkete ainete omadusi vastu pidada pöördumatutele kujumuutustele ja hävimisele väliskoormuse mõjul.
2. Tingimuslik voolavuspiir on pinge, kui jääkdeformatsioon saavutab 0,2% proovi pikkusest. See onväikseim pinge, kui proov jätkab deformeerumist ilma pinge märgatava suurenemiseta.
3. Pikaajalise tugevuse piiriks nimetatakse suurimat pinget antud temperatuuril, mis põhjustab proovi teatud aja jooksul hävimise. Materjalide mehaaniliste omaduste määramisel keskendutakse pikaajalise tugevuse ülimatele mõõtühikutele – hävimine toimub 7000 kraadi Celsiuse järgi 100 tunniga.
4. Tingimuslik roomepiir on pinge, mis põhjustab antud temperatuuril teatud aja jooksul proovis etteantud pikenemise, samuti roomekiiruse. Piirang on metalli deformatsioon 100 tunni jooksul temperatuuril 7000 kraadi Celsiuse järgi 0,2%. Roomamine on metallide teatud deformatsioonikiirus pideva koormuse ja kõrgel temperatuuril pikka aega. Kuumakindlus on materjali vastupidavus purunemisele ja roomamisele.
5. Väsimuspiir on tsükli pinge kõrgeim väärtus, kui väsimustõrget ei esine. Laadimistsüklite arv võib olla antud või suvaline, olenev alt sellest, kuidas materjalide mehaaniline katsetamine on planeeritud. Mehaanilised omadused hõlmavad materjali väsimust ja vastupidavust. Tsüklis olevate koormuste mõjul kogunevad kahjustused, tekivad praod, mis põhjustavad hävimist. See on väsimus. Ja väsimuskindluse omadus on vastupidavus.
venitage ja kahanege
Inseneritöös kasutatavad materjalidpraktika jaguneb kahte rühma. Esimene on plastiline, mille hävitamiseks peavad ilmnema olulised jääkdeformatsioonid, teine on rabe, lagunedes väga väikeste deformatsioonide korral. Loomulikult on selline jaotus väga meelevaldne, sest iga materjal võib olenev alt loodud tingimustest käituda nii rabedana kui ka plastilisena. See sõltub pinge oleku olemusest, temperatuurist, deformatsioonikiirusest ja muudest teguritest.
Materjalide mehaanilised omadused pinges ja kokkusurumisel on kõnekad nii plastiliste kui ka rabedate materjalide puhul. Näiteks pehmet terast testitakse pinges, malmi aga surves. Malm on rabe, teras on plastiline. Hapratel materjalidel on suurem survetugevus, samas kui tõmbedeformatsioon on halvem. Plastil on kokkusurumisel ja pingel ligikaudu samad mehaanilised omadused kui materjalidel. Nende läve määrab aga ikkagi venitamine. Just nende meetodite abil saab materjalide mehaanilisi omadusi täpsem alt määrata. Pinge- ja survediagramm on näidatud selle artikli illustratsioonidel.
Haprus ja plastilisus
Mis on plastilisus ja haprus? Esimene on võime mitte kokku kukkuda, saades jääkdeformatsioone suurtes kogustes. See omadus on määrav kõige olulisemate tehnoloogiliste toimingute jaoks. Painutamine, tõmbamine, joonistamine, stantsimine ja paljud muud toimingud sõltuvad plastilisuse omadustest. Plastiliste materjalide hulka kuuluvad lõõmutatud vask, messing, alumiinium, pehme teras, kuld jms. Palju vähem plastilist pronksija duraal. Peaaegu kõik legeeritud terased on väga nõrg alt plastilised.
Plastmaterjalide tugevusomadusi võrreldakse voolavuspiiriga, mida arutatakse allpool. Hapruse ja plastilisuse omadusi mõjutavad suuresti temperatuur ja laadimiskiirus. Kiire pinge muudab materjali rabedaks, aeglane aga elastseks. Näiteks klaas on habras materjal, kuid talub normaalse temperatuuri korral pikaajalist koormust ehk näitab plastilisuse omadusi. Ja pehme teras on plastiline, kuid löökkoormuse all tundub see hapra materjalina.
Variatsioonimeetod
Materjalide füüsikalis-mehaanilised omadused määratakse piki-, painde-, väände- ja muude, veelgi keerukamate vibratsioonitüüpide ergastusega ning sõltuv alt näidiste suurusest, kujunditest, vastuvõtja ja erguti tüüpidest, meetoditest kinnitused ja dünaamiliste koormuste rakendamise skeemid. Selle meetodiga katsetatakse ka suuremõõtmelisi tooteid, kui oluliselt muudetakse rakendusmeetodit koormuse rakendamise, vibratsiooni ergastamise ja nende registreerimise meetodites. Sama meetodit kasutatakse materjalide mehaaniliste omaduste määramiseks, kui on vaja hinnata suuremõõtmeliste konstruktsioonide jäikust. Seda meetodit ei kasutata aga toote materjaliomaduste kohalikuks määramiseks. Tehnika praktiline rakendamine on võimalik ainult siis, kui on teada geomeetrilised mõõtmed ja tihedus, kui toodet on võimalik kinnitada tugedele jatoode – muundurid, vajalikud on teatud temperatuuritingimused jne.
Näiteks temperatuurirežiimide muutmisel toimub üks või teine muutus, materjalide mehaanilised omadused muutuvad kuumutamisel erinevaks. Peaaegu kõik kehad laienevad nendes tingimustes, mis mõjutab nende struktuuri. Igal kehal on teatud materjalide mehaanilised omadused, millest see koosneb. Kui need omadused ei muutu kõikides suundades ja jäävad samaks, nimetatakse sellist keha isotroopseks. Kui materjalide füüsikalised ja mehaanilised omadused muutuvad - anisotroopne. Viimane on iseloomulik peaaegu kõikidele materjalidele, ainult erineval määral. Kuid on näiteks teraseid, mille anisotroopia on väga tühine. See on kõige enam väljendunud sellistes looduslikes materjalides nagu puit. Tootmistingimustes määratakse materjalide mehaanilised omadused kvaliteedikontrolli kaudu, kus kasutatakse erinevaid GOST-e. Heterogeensuse hinnang saadakse statistilisel töötlemisel, kui testi tulemused on kokku võetud. Proove peaks olema palju ja need peaksid olema lõigatud konkreetse kujundusega. Seda tehnoloogiliste omaduste hankimise meetodit peetakse üsna töömahukaks.
Akustiline meetod
Materjalide mehaaniliste omaduste ja nende karakteristikute määramiseks on palju akustilisi meetodeid ning need kõik erinevad siinus- ja impulssrežiimis võnkumiste sisestamise, vastuvõtmise ja registreerimise viiside poolest. Akustilisi meetodeid kasutatakse näiteks ehitusmaterjalide, nende paksuse ja pingeseisundi uurimisel defektide tuvastamisel. Konstruktsioonimaterjalide mehaanilised omadused määratakse ka akustiliste meetoditega. Juba praegu on väljatöötamisel ja masstootmisel arvuk alt erinevaid elektroonilisi akustilisi seadmeid, mis võimaldavad salvestada elastseid laineid, nende levimise parameetreid nii siinus- kui impulssrežiimis. Nende põhjal määratakse materjalide tugevuse mehaanilised omadused. Kui kasutatakse madala intensiivsusega elastseid võnkumisi, muutub see meetod täiesti ohutuks.
Akustilise meetodi puuduseks on vajadus akustilise kontakti järele, mis ei ole alati võimalik. Seetõttu ei ole need tööd eriti produktiivsed, kui on vaja kiiresti saada materjalide tugevuse mehaanilised omadused. Tulemust mõjutavad suuresti pinna seisukord, uuritava toote geomeetrilised kujundid ja mõõtmed, samuti keskkond, kus katseid tehakse. Nende raskuste ületamiseks tuleb konkreetne probleem lahendada rangelt määratletud akustilise meetodiga või, vastupidi, kasutada neid korraga mitut, see sõltub konkreetsest olukorrast. Näiteks klaaskiud sobib selliseks uuringuks hästi, kuna elastsete lainete levimiskiirus on hea ja seetõttu kasutatakse laialdaselt otsast lõpuni sondeerimist, kui vastuvõtja ja emitter asuvad proovi vastaspindadel.
Defektoskoopia
Defektoskoopia meetodeid kasutatakse materjalide kvaliteedi kontrollimiseks erinevates tööstusharudes. On mittepurustavaid ja hävitavaid meetodeid. Mittepurustavate hulka kuuluvad järgmised.
1. Magnetvigade tuvastamist kasutatakse pinna pragude ja läbitungimise puudumise kindlakstegemiseks. Selliste defektidega alasid iseloomustavad hulkuvad väljad. Saate neid tuvastada spetsiaalsete seadmetega või lihts alt kanda kogu pinnale magnetpulbri kiht. Defektide kohtades muutub pulbri asukoht isegi pealekandmisel.
2. Defektoskoopiat tehakse ka ultraheli abil. Suunatud kiir peegeldub (hajutatakse) erinev alt, isegi kui sügaval proovi sees esineb katkestusi.
3. Materjali defekte näitab hästi kiirgusuuringute meetod, mis põhineb erineva tihedusega keskkonna kiirguse neeldumise erinevusel. Kasutatakse gammavigade tuvastamist ja röntgenikiirgust.
4. Keemiliste vigade tuvastamine. Kui pind on söövitatud nõrga lämmastikhappe, vesinikkloriidhappe või nende segu lahusega (aqua regia), siis defektide esinemiskohtades tekib mustade triipudena võrk. Võite rakendada meetodit väävlijälgede eemaldamiseks. Kohtades, kus materjal on ebahomogeenne, peaks väävel värvi muutma.
Destruktiivsed meetodid
Destruktiivsed meetodid on siin juba osaliselt lahti võetud. Proove testitakse painde, kokkusurumise, pinge suhtes, st kasutatakse staatilisi destruktiivseid meetodeid. Kui toodekatsetatakse muutuva tsüklilise koormusega löökpaindel - määratakse dünaamilised omadused. Makroskoopilised meetodid loovad üldpildi materjali struktuurist ja suurtes kogustes. Selliseks uuringuks on vaja spetsiaalselt poleeritud proove, mis allutatakse söövitamisele. Seega on võimalik tuvastada terade kuju ja paigutust, näiteks terases, deformatsiooniga kristallide, kiudude, kestade, mullide, pragude ja muude sulami ebahomogeensuste olemasolu.
Mikroskoopilised meetodid uurivad mikrostruktuuri ja paljastavad väikseimad defektid. Proovid eelnev alt lihvitakse, poleeritakse ja seejärel söövitatakse samal viisil. Edasised testid hõlmavad elektriliste ja optiliste mikroskoopide ning röntgendifraktsioonianalüüsi kasutamist. Selle meetodi aluseks on aine aatomite poolt hajutatud kiirte interferents. Materjali omadusi kontrollitakse röntgendifraktsioonimustri analüüsiga. Materjalide mehaanilised omadused määravad nende tugevuse, mis on töökindlate ja töökindlate ehituskonstruktsioonide puhul peamine. Seetõttu testitakse materjali hoolik alt ja erinevate meetoditega kõikides tingimustes, millega see on vastuvõetav ilma kõrgeid mehaanilisi omadusi kaotamata.
Juhtimismeetodid
Materjalide omaduste mittepurustavate katsete läbiviimisel on tõhusate meetodite õige valik väga oluline. Kõige täpsemad ja huvitavamad selles osas on vigade tuvastamise meetodid - defektide kontrollimine. Siin on vaja teada ja mõista erinevusi vigade tuvastamise meetodite ja füüsikaliste omaduste määramise meetodite vahel.mehaanilised omadused, kuna need on üksteisest põhimõtteliselt erinevad. Kui viimased põhinevad füüsikaliste parameetrite kontrollimisel ja nende hilisemal korrelatsioonil materjali mehaaniliste omadustega, siis defektide tuvastamine põhineb defektilt peegelduva või kontrollitud keskkonda läbiva kiirguse otsesel muundamisel.
Parim asi on muidugi kompleksjuhtimine. Keerulisus seisneb optimaalsete füüsikaliste parameetrite määramises, mille abil saab tuvastada proovi tugevust ning muid füüsikalisi ja mehaanilisi omadusi. Ja ka samal ajal töötatakse välja ja seejärel rakendatakse optimaalne vahendite komplekt struktuuridefektide kontrollimiseks. Ja lõpuks ilmub selle materjali terviklik hinnang: selle toimivuse määrab terve rida parameetreid, mis aitasid määrata mittepurustavaid meetodeid.
Mehaaniline testimine
Nende testide abil testitakse ja hinnatakse materjalide mehaanilisi omadusi. Seda tüüpi juhtimine ilmus kaua aega tagasi, kuid pole endiselt oma tähtsust kaotanud. Tarbijad kritiseerivad sageli ja tõsiselt isegi kaasaegseid kõrgtehnoloogilisi materjale. Ja see viitab sellele, et uuringuid tuleks läbi viia hoolikam alt. Nagu juba mainitud, võib mehaanilised katsed jagada kahte tüüpi: staatilised ja dünaamilised. Esimesed kontrollivad toote või proovi väände, pinge, kokkusurumise, painde suhtes ja teised kõvaduse ja löögitugevuse suhtes. Kaasaegsed seadmed aitavad neid mitte liiga lihtsaid protseduure kvaliteetselt sooritada ja tuvastada kõik tööprobleemid.selle materjali omadused.
Pingetestimine võib paljastada materjali vastupidavuse rakendatava konstantse või suureneva tõmbepinge mõjule. Meetod on vana, testitud ja arusaadav, kasutatud väga pikka aega ja on siiani lai alt kasutusel. Proovi venitatakse piki pikitelge katseseadmes oleva kinnitusvahendi abil. Proovi tõmbekiirus on konstantne, koormust mõõdetakse spetsiaalse anduriga. Samal ajal jälgitakse pikenemist ja selle vastavust rakendatud koormusele. Selliste testide tulemused on uute kujunduste tegemisel äärmiselt kasulikud, kuna keegi ei tea veel, kuidas need koormuse all käituvad. Ainult materjali elastsuse kõigi parameetrite tuvastamine võib eeldada. Maksimaalne pinge – voolavuspiir määrab maksimaalse koormuse, mida antud materjal talub. See aitab arvutada ohutusvaru.
Kõvaduse test
Materjali jäikus arvutatakse elastsusmooduli järgi. Sujuvuse ja kõvaduse kombinatsioon aitab määrata materjali elastsust. Kui tehnoloogiline protsess sisaldab selliseid toiminguid nagu avamine, rullimine, pressimine, siis on lihts alt vaja teada võimaliku plastilise deformatsiooni suurust. Kõrge plastilisusega materjal suudab sobiva koormuse all võtta mis tahes kuju. Kompressioonikatse võib olla ka ohutusvaru määramise meetod. Eriti kui materjal on habras.
Kõvadust testitakse kasutadesIdentator, mis on valmistatud palju kõvemast materjalist. Enamasti viiakse see test läbi Brinelli meetodil (pall surutakse sisse), Vickersi (püramiidikujuline identifitseerija) või Rockwelli (kasutatakse koonust) meetodil. Materjali pinnale surutakse teatud aja jooksul teatud jõuga identifikaator ning seejärel uuritakse proovile jäävat jäljendit. Üsna laialdaselt kasutatavaid katseid on ka teisi: löögitugevuse jaoks, näiteks kui materjali vastupidavust hinnatakse koormuse rakendamise hetkel.
