Caracteristicile fizice și mecanice de bază ale materialelor

Pentru a evalua proprietățile operaționale ale produselor și pentru a determina caracteristicile fizice și mecanice ale materialelor, se folosesc diferite instrucțiuni, GOST și alte documente de reglementare și de recomandare. Recomandate și metode de testare pentru distrugerea unei serii întregi de produse sau a unor tipuri similare de materiale. Aceasta nu este o metodă foarte economică, ci eficace.

caracterizare

Principalele caracteristici ale proprietăților mecanice ale materialelor sunt următoarele.

1. Rezistența temporară sau rezistența maximă este rezistența tensiunii, care este fixată la cea mai mare încărcătură înainte ca proba să fie distrusă. Caracteristicile mecanice ale rezistenței și plasticității materialelor descriu proprietățile solidelor pentru a rezista modificărilor ireversibile ale formei și distrugerii sub influența încărcăturilor externe.

2. Un punct de randament condiționat este tensiunea când deformarea reziduală atinge 0,2% din lungimea eșantionului. Aceasta este cea mai mică tensiune la momentul în care proba continuă să se deformeze fără o creștere semnificativă a încărcăturii.

3. Limita rezistenței pe termen lung este stresul maxim la o temperatură dată, determinând o distrugere a probei pentru o anumită perioadă de timp. Determinarea caracteristicilor mecanice ale materialelor este ghidată de unitățile finale de rezistență pe termen lung - eșecul apare la 7000 de grade Celsius / 100 de ore.

4. Limita condiționată a fluajului este stresul care determină o alungire dată, precum și viteza de fluaj, la o temperatură dată pentru un anumit timp în eșantion. Limita este deformarea metalului timp de 100 de ore la 7000 grade Celsius cu 0,2%. Creepul este definit ca viteza definită de deformare a metalelor sub sarcină constantă și temperatură ridicată pentru o lungă perioadă de timp. Rezistența la căldură este rezistența unui material la rupere și încovoiere.

5. Limita de anduranță este cea mai mare valoare a stresului ciclului, când nu apare defecțiunea de oboseală. Numărul de cicluri de încărcare poate fi specificat sau arbitrar, în funcție de modul în care se planifică testarea mecanică a materialelor. Caracteristicile mecanice includ oboseala și rezistența materialului. Sub acțiunea încărcărilor din ciclu, se acumulează daune, se creează fisuri, ducând la distrugere. Este oboseala. O proprietate a rezistenței la oboseală este rezistența.

Împingere și stoarcere

Materialele utilizate în practica tehnică sunt împărțite în două grupe. Primul - plastic, pentru distrugerea căruia trebuie să apară o deformare reziduală semnificativă, a doua - fragilă, care se prăbușește cu deformări foarte mici. Desigur, această diviziune este foarte arbitrară, deoarece fiecare material, în funcție de condițiile create, se poate comporta atît fragil, cît și plastic. Aceasta depinde de natura stresului, de temperatura, de viteza de deformare și de alți factori.

Caracteristicile mecanice ale materialelor în tensiune și compresiune sunt elocvente atât în ​​plastic cât și fragil. De exemplu, oțelurile cu conținut scăzut de carbon sunt testate prin întindere, iar fonta prin comprimare. Fontă - fragilă, oțel - plastic. Materialele fragile au o rezistență ridicată la compresiune, cu deformarea tensiunii - mai rău. Plasticul are aproximativ aceleași caracteristici mecanice ale materialelor sub presiune și întindere. Cu toate acestea, pragul lor este determinat de întindere. Aceste metode pot determina cu mai multă acuratețe caracteristicile mecanice ale materialelor. Diagrama de tensiune și de compresie este prezentată în ilustrațiile acestui articol.

Friabilitatea și ductilitatea

Ce este plasticitatea și fragilitatea? Prima este capacitatea de a nu se prăbuși, obținând deformări reziduale în cantități mari. Această proprietate este decisivă pentru cele mai importante operațiuni tehnologice. Îndoirea, desenul, desenul, ștanțarea și multe alte operații depind de caracteristicile de plasticitate. Materialele din plastic includ cupru recoace, alamă, aluminiu, oțel cu conținut scăzut de carbon, aur și altele asemenea. Bronzul și duralina sunt mult mai puțin plastice. Aproape slab plastic aproape toate oțel aliat.

Caracteristicile de rezistență ale materialelor plastice sunt comparate cu randamentul randamentului, care vor fi discutate mai jos. Proprietățile fragilității și plasticității sunt puternic influențate de temperatura și viteza de încărcare. Tensiunea rapidă dă fragilitatea materialului și plasticitatea lentă. De exemplu, sticla este un material fragil, dar poate rezista unui impact prelungit al sarcinii dacă temperatura este normală, adică arată proprietățile ductilității. A oțel cu conținut scăzut de carbon Cu toate acestea, este ductil, când impactul este ascuțit, sarcina se manifestă ca un material fragil.

Metoda de oscilație

Caracteristicile fizice și mecanice ale materialelor sunt determinate de excitația longitudinală, de încovoiere, de torsiune și altele, chiar și mai complexe moduri de vibrație și în funcție de mărimea eșantioanelor, forme, tipuri de receptor și conducătorul auto, și metode de sisteme de fixare aplicații de încărcare dinamice. Articolele de mari pot fi, de asemenea, testate, folosind această metodă, dacă schimbare semnificativă în metoda de aplicare a metodelor de aplicare a sarcinii, excitarea oscilații și înregistrarea acestora. Aceeași metodă determinată de caracteristicile mecanice ale materialului, atunci când este necesar să se evalueze rigiditatea structurilor mari. Cu toate acestea, atunci când caracteristicile produsului sunt definite local în produs, această metodă nu este utilizată. Aplicarea în practică a tehnicii este posibilă numai atunci când știi dimensiunile și densitatea, atunci când este posibil de consolidare a produsului pe suporturile și pe produs - convertoare, au nevoie de anumite condiții de temperatură, etc.

De exemplu, când se schimbă condițiile de temperatură, apare această sau o schimbare, caracteristicile mecanice ale materialelor devin diferite atunci când sunt încălzite. Practic toate corpurile se extind în aceste condiții, ceea ce le afectează structura. Orice organism are aceste sau alte caracteristici mecanice ale materialelor din care este compus. Dacă în toate direcțiile aceste caracteristici nu se schimbă și rămân aceleași, un astfel de corp este numit izotrop. Dacă se schimbă caracteristicile fizice și mecanice ale materialelor - anisotropice. Acesta din urmă este o caracteristică caracteristică a aproape tuturor materialelor, doar în grade diferite. Dar există, de exemplu, oțel, unde anizotropia este foarte nesemnificativă. Cel mai clar este exprimat în materiale naturale, cum ar fi lemnul. În mediul de producție, caracteristicile mecanice ale materialelor sunt determinate de controlul calității, în care se utilizează GOST-uri diferite. Estimarea neomogenității se obține din procesarea statistică, atunci când rezultatele testelor sunt sintetizate. Mostrele ar trebui să fie numeroase și să fie decupate dintr-un design specific. Această metodă de obținere a caracteristicilor tehnologice este considerată a fi destul de consumatoare de timp.

Metoda acustică

Metode acustice, în scopul de a determina proprietățile mecanice ale materialelor și caracteristicile lor, sunt multe, și toate sunt diferite metode de introducere, fluctuațiile de primire în modurile sinusoidale și în impulsuri. Utilizat în studiul metodelor acustice, de exemplu, materiale de construcție, grosimea și tensiunea lor stări, pentru detectarea defect. Caracteristicile mecanice ale materialelor de construcții determinate prin metode acustice. Acesta este acum în curs de dezvoltare și sunt disponibile comercial de la numeroase diferite dispozitive electronice acustice care vă permit să înregistrați elastice parametrii de propagare a undei de atât sinusoidal și în modul puls. Pe baza acestora, determinate de caracteristicile mecanice ale rezistenței materialelor. Dacă se folosesc vibrații elastice cu intensitate scăzută, această metodă devine absolut sigură.

Dezavantajul metodei acustice este nevoia de cuplare acustic, care nu este întotdeauna posibil. Prin urmare, aceste lucrări nu sunt foarte productiv, aveți nevoie pentru a obține imediat caracteristicile mecanice ale rezistenței materialelor. Un impact enorm asupra rezultatului are o stare de suprafață, forme geometrice și dimensiunile produsului testat și mediul în care sunt efectuate teste. Pentru a depăși aceste dificultăți, o problemă specifică trebuie rezolvată strict definită prin metoda acustică sau, în mod alternativ, folosiți-le mai multe, în funcție de situația specifică. De exemplu, fibra de sticla raspund bine la acest studiu, deoarece viteza buna de propagare a undelor elastice, și, prin urmare, este utilizat pe scară largă prin sondare atunci când receptorul și transmițătorul sunt dispuse pe suprafețe opuse ale probei.

defectoscopia

Metodele de detecție a defectelor sunt folosite pentru a controla calitatea materialelor din diferite industrii. Există metode nedivistructive și distructive. Următoarele sunt nedistructive.

1. Pentru determinarea crăpăturilor pe suprafețe și non-suduri, detectarea defectelor magnetice. Zonele care prezintă astfel de defecte sunt caracterizate de câmpuri de dispersie. Acestea pot fi detectate prin dispozitive speciale sau pur și simplu prin aplicarea unui strat de pulbere magnetică pe întreaga suprafață. În locurile de defecte, locația pulberii se va modifica chiar și atunci când este aplicată.

2. Defectoscopia se efectuează cu ajutorul lui ultrasunete. Un fascicul de direcție va fi reflectat diferit (împrăștiat), dacă există întreruperi adânci în interiorul eșantionului.

3. Defectele din fundul materialului arată metoda radiațiilor de investigare, bazată pe diferența de absorbție a radiației printr-un mediu de densitate diferită. Se utilizează gama-defectoscopie și raze X.

4. Detectarea defectelor chimice. Dacă suprafața este gravat cu o soluție slabă de acid azotic, acid clorhidric sau un amestec al acestora (aqua regia), în locurile în care există defecte manifestate sub formă de benzi din plasă negre. Este posibil să se aplice metoda cu care elimină amprentele de sulf. În locurile în care materialul este non-uniform, sulful trebuie să se schimbe culoarea.

Metode distructive

Metodele destructive sunt deja parțial demontate. Probele au fost testate la încovoiere, compresiune, tensiune, adică utilizate metode distructive statice. Dacă produsul este supus unor solicitări ciclice alternante la încovoiere, se determină proprietăți dinamice. Metodele macroscopice trasează o imagine globală a structurii materialului și în volume mari. Pentru un astfel de studiu, sunt necesare probe special măcinate care sunt gravate. Astfel, este posibil să se identifice forma și dispunerea boabelor, de exemplu, în oțel, prezența cristalelor cu deformare, fibre, cochilii, bule, fisuri și alte neomogenitatea din aliaj.

Metodele microscopice sunt folosite pentru a studia microstructura și pentru a descoperi cele mai mici vicii. Probele în același mod sunt măcinate preliminar, lustruite și apoi supuse gravării. Testele suplimentare implică utilizarea microscoapelor electrice și optice și analizelor structurale cu raze X. Baza acestei metode este interferența razei, care este împrăștiată de atomii materiei. Caracteristica materialului este monitorizată prin intermediul analizei cu raze X. Caracteristicile mecanice ale materialelor determină puterea lor, ceea ce este principalul lucru pentru construirea de structuri care sunt fiabile și sigure de a funcționa. Prin urmare, materialul este testat cu atenție și în diferite moduri în toate condițiile, pe care acesta îl poate accepta fără a pierde un nivel ridicat de caracteristici mecanice.

Metode de control

Pentru a efectua un control nedistructiv asupra caracteristicilor materialelor, alegerea corectă a metodelor eficiente este de o mare importanță. Cele mai exacte și interesante în acest sens sunt metodele de defectoscopie - managementul defectelor. Aici este necesar să se cunoască și să se înțeleagă diferențele dintre metodele de implementare a metodelor de detectare a defectelor și a metodelor de determinare a caracteristicilor fizice și mecanice, deoarece acestea sunt fundamental diferite una de cealaltă. Dacă acestea din urmă se bazează pe controlul parametrilor fizici și corelarea lor ulterioară cu caracteristicile mecanice ale materialului, defectoscopia se bazează pe transformarea directă a radiației, care se reflectă din defect sau trece prin mediul controlat.

Cel mai bun dintre toate, desigur, controlul este complex. Complexitatea constă în determinarea parametrilor fizici optici prin care puterea și alte caracteristici fizice și mecanice ale eșantionului pot fi identificate. De asemenea, în același timp, este dezvoltat și apoi implementat un set optim de controale pentru defectele structurale. Și, în sfârșit, există evaluarea integrată a materialului: performanțele sale este determinată de o serie întreagă de opțiuni, care a contribuit la definirea metodelor non-distructive.

Testarea mecanică

Cu ajutorul acestor teste, proprietățile mecanice ale materialelor sunt verificate și evaluate. Acest tip de control a apărut foarte mult timp, dar nu și-a pierdut relevanța. Chiar și materiale moderne de înaltă tehnologie consumatorilor destul de des și critică amar. Și acest lucru sugerează că expertiza ar trebui să se desfășoare mai atent. După cum am menționat deja, testele mecanice pot fi împărțite în două tipuri: statice și dinamice. Verificați mai întâi produsul sau eșantionul pentru torsiune, tensiune, compresiune, îndoire și cel de-al doilea - pentru duritate și rezistență la impact. Echipamentele moderne ajută la realizarea calitativă a acestor proceduri care nu sunt prea simple și pentru a dezvălui toate proprietățile exploatatoare ale acestui material.

Testul de tracțiune poate dezvălui rezistența materialului la acțiunea unei constante aplicate sau la creșterea stresului de întindere. Metoda este veche, testată și ușor de înțeles, folosită cu mult timp în urmă și este încă folosită pe scară largă. Specimenul se întinde de-a lungul axei longitudinale cu ajutorul unui dispozitiv în mașina de testare. Rata de întindere a eșantionului este constantă, sarcina este măsurată de un senzor special. În același timp, elongația este controlată, precum și conformitatea cu sarcina aplicată. Rezultatele acestor teste sunt extrem de utile dacă trebuie să creați noi modele, deoarece nimeni nu știe cum se vor comporta sub încărcătură. Numai identificarea tuturor parametrilor de elasticitate ai materialului poate ajuta. Stresul maxim - puterea de curgere - face ca definirea sarcinii maxime pe care o poate rezista acest material. Acest lucru va ajuta la calcularea marjei de siguranță.

Testul de duritate

Rigiditatea materialului este calculată prin modul de elasticitate. Combinația de fluiditate și duritate ajută la determinarea elasticității materialului. Dacă în procesul tehnologic există operațiuni cum ar fi ruperea, laminarea, presarea, atunci este suficient să cunoaștem cantitatea de deformare plastică posibilă. Cu o plasticitate ridicată, materialul poate lua orice formă la sarcina corespunzătoare. Metoda de detectare a factorului de siguranță poate servi și ca test pentru compresie. Mai ales dacă materialul este fragil.

Duritatea este testată cu ajutorul unui identificator, care este fabricat din material mult mai solid. Cel mai adesea, acest test se efectuează folosind metoda lui Brinell (o minge este presată), Vickers (identificator în formă de piramidă) sau Rockwell (folosind un con). Un identificator cu o anumită forță este presat în suprafața materialului într-o anumită perioadă de timp, iar apoi este studiată amprenta rămasă pe eșantion. Există și alte teste destul de răspândite: rezistența la impact, de exemplu, atunci când rezistența unui material este evaluată la momentul aplicării încărcăturii.