Caracteristicile fizice și mecanice de bază ale materialelor

Pentru a evalua proprietățile de performanță ale produselor și ale produselorpentru a determina caracteristicile fizice și mecanice ale materialelor, sunt utilizate diverse instrucțiuni, GOST și alte documente de reglementare și consiliere. Metode recomandate și de testare pentru distrugerea unei serii de produse sau a probelor similare de material. Aceasta nu este o metodă foarte economică, ci eficace.

caracterizare

Principalele caracteristici ale proprietăților mecanice ale materialelor sunt următoarele.

1. Rezistența temporară sau rezistența la tracțiune reprezintă forța tensiunii, care este fixată la sarcina cea mai mare înainte de distrugerea eșantionului. Caracteristicile mecanice ale rezistenței și plasticității materialelor descriu proprietățile solidelor pentru a rezista modificărilor ireversibile ale formei și distrugerii sub influența încărcărilor externe.

2. Rezistența condiționată condiționată este tensiunea atunci când tulpina reziduală atinge 0,2% din lungimea eșantionului. Aceasta este cea mai mică tensiune în timp ce eșantionul continuă să se deformeze fără o creștere semnificativă a încărcăturii.

3. Limita de rezistență pe termen lung este numită cea mai mare stres, care la o anumită temperatură determină distrugerea eșantionului pentru o anumită perioadă de timp. Determinarea caracteristicilor mecanice ale materialelor este ghidată de unitățile limitative de rezistență pe termen lung - distrugerea are loc la 7000 grade Celsius / 100 ore.

4. Limita de fluctuație condiționată este stresul care determină o alungire dată la o anumită temperatură pentru un anumit timp în eșantion, precum și viteza de fluaj. Limita este deformarea metalului în 100 de ore la 7000 grade Celsius cu 0,2%. Creep este numit o anumită rată de deformare a metalelor cu încărcare constantă și temperatură ridicată pentru o lungă perioadă de timp. Rezistența la căldură este rezistența unui material la distrugere și fluaj.

5. Limita de anduranță este numită cea mai mare valoare a ciclului de tensiune, când nu apare defecțiunea de oboseală. Numărul de cicluri de încărcare poate fi specificat sau arbitrar, în funcție de modul în care sunt planificate testele mecanice ale materialelor. Caracteristicile mecanice includ oboseala și rezistența materialelor. Sub acțiunea încărcărilor din ciclu se acumulează daune, se creează fisuri, ducând la distrugere. Aceasta este oboseala. Proprietatea rezistenței la oboseală este rezistența.

Stretching și compresie

Materiale utilizate în ingineriepractică, împărțită în două grupuri. Primul este plastic, pentru distrugerea căruia trebuie să apară deformări reziduale semnificative, al doilea - fragil, care se prăbușește cu deformări foarte mici. În mod natural, o astfel de împărțire este foarte condiționată, deoarece fiecare material, în funcție de condițiile create, se poate comporta atât ca fiind fragil, cât și plastic. Depinde de natura stresului, de temperatura, de rata deformării și de alți factori.

Caracteristicile mecanice ale materialelor laîntinderea și compresia sunt elocvente atât în ​​plastic cât și fragil. De exemplu, oțelurile cu conținut scăzut de carbon sunt testate prin întindere, iar fonta - prin comprimare. Fonta este fragila, otelul este plastic. Materialele fragile au o rezistență mai mare la compresiune și traseul de tracțiune mai rău. Materialele plastice au aproximativ aceleași proprietăți mecanice ale materialelor sub presiune și tensiune. Cu toate acestea, pragul lor este determinat de întindere. Prin aceste metode se poate cunoaște cu mai multă acuratețe caracteristicile mecanice ale materialelor. Diagrama de întindere și comprimare este prezentată în ilustrațiile pentru acest articol.

Britulitate și ductilitate

Ce este plasticitatea și fragilitatea? Prima este capacitatea de a nu se prăbuși, primind deformări reziduale în cantități mari. Această proprietate este crucială 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 toate oțelurile din aliaj sunt foarte ușor ductile.

Rezistența materialelor plasticecomparați cu puterea de randament, care va fi discutată mai jos. Proprietățile fragilității și plasticității sunt puternic influențate de temperatura și viteza de încărcare. Tensiunea rapidă dă materialului fragilitate și plasticitate lentă. De exemplu, sticla este un material fragil, dar rezistă unui efect pe termen lung al încărcăturii, dacă temperatura este normală, adică arată proprietăți de plastic. Cu toate acestea, oțelul cu conținut redus de carbon este din material plastic, cu o sarcină de șoc datorată șocului, care apare ca un material fragil.

Mod de oscilație

Caracteristicile fizico-mecanice ale materialelorsunt determinate de excitația tipurilor de oscilații longitudinale, de încovoiere, torsiune și altele, în funcție de dimensiunile eșantioanelor, de forme, de tipurile de receptori și de patogeni, de metodele de atașare și de schemele de încărcare dinamică. Produsele de dimensiuni mari sunt, de asemenea, supuse testelor folosind această metodă, dacă modificăm în mod semnificativ metoda de aplicare în metodele de aplicare a sarcinii, excitarea vibrațiilor și înregistrarea acestora. Aceeași metodă determină caracteristicile mecanice ale materialelor atunci când este necesar să se estimeze rigiditatea structurilor de dimensiuni mari. Cu toate acestea, atunci când se determină local caracteristicile materialului din produs, această metodă nu este utilizată. Aplicarea practică a acestei tehnici este posibilă numai atunci când dimensiunile și densitatea geometrică sunt cunoscute, când este posibilă fixarea produsului pe suporturi și pe produsul însuși - convertoarele, anumite condiții de temperatură sunt necesare etc.

De exemplu, la schimbarea condițiilor de temperaturăaceasta sau acea schimbare apare, caracteristicile mecanice ale materialelor la încălzire devin diferite. Practic toate corpurile în aceste condiții se extind, ceea ce le afectează structura. Orice corp are una sau alte caracteristici mecanice ale materialelor din care este constituit. Dacă în toate direcțiile aceste caracteristici nu se schimbă și rămân aceleași, un astfel de corp este numit izotrop. Dacă se schimbă caracteristicile fizico-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 mică. Este cel mai pronunțat în materiale naturale, cum ar fi lemnul. Într-un mediu de producție, caracteristicile mecanice ale materialelor sunt determinate prin intermediul controlului calității, în care sunt utilizați diferiți invitați. Estimarea eterogenității se obține din procesarea statistică, când sunt rezumate rezultatele testelor. Probele trebuie să fie numeroase și să fie tăiate dintr-un design specific. Această metodă de obținere a caracteristicilor tehnologice este considerată destul de consumatoare de timp.

Metoda acustică

Metode acustice pentru a determinaProprietățile mecanice ale materialelor și ale caracteristicilor lor sunt destul de multe și toate diferă în metodele de intrare, recepție și înregistrare a oscilațiilor în modurile sinusoidale și pulsatoare. Metodele acustice sunt utilizate în studiul, de exemplu, a materialelor de construcție, a grosimii și stării lor de tensiune, cu detectarea defectelor. Caracteristicile mecanice ale materialelor structurale sunt, de asemenea, determinate folosind metode acustice. Numeroasele dispozitive electronice acustice, care permit înregistrarea undelor elastice, parametrii lor de propagare, atât în ​​mod sinusoidal, cât și în modul pulsatoriu, sunt deja dezvoltați și produși în masă. Pe baza lor, se determină caracteristicile mecanice ale rezistenței materialelor. Dacă se folosesc oscilații elastice de intensitate scăzută, această metodă devine absolut sigură.

Dezavantajul metodei acustice estenevoia de contact acustic, care nu este întotdeauna posibilă. Prin urmare, aceste lucrări nu sunt foarte productive, dacă trebuie să obțineți urgent caracteristicile mecanice ale rezistenței materialelor. Starea suprafeței, formele geometrice și dimensiunile produsului investigat, precum și mediul în care se efectuează testele au un impact enorm asupra rezultatelor. Pentru a depăși aceste dificultăți, o anumită sarcină trebuie rezolvată printr-o metodă acustică strict definită sau, dimpotrivă, există câteva care să le utilizeze imediat, aceasta depinde de situația specifică. De exemplu, fibra de sticlă este bine adaptată acestui studiu, deoarece este o viteză bună de propagare a undelor elastice și, prin urmare, este utilizată pe scară largă prin sondare, atunci când receptorul și emițătorul sunt localizate pe suprafețele opuse ale eșantionului.

Detectarea defectelor

Metode de detectare a defectelor sunt folosite pentru a controla calitatea materialelor din diferite industrii. Există metode nedistructive și distructive. Următoarele sunt nedistructive.

1. Identificarea fisurilor pe suprafete si penetrarea incompleta detectarea defectelor magnetice. Site-uri care au astfel de defectecaracterizată prin câmpuri de dispersie. Le puteți găsi cu dispozitive speciale sau pur și simplu puneți un strat de pulbere magnetică pe întreaga suprafață. Din cauza defectelor, locația pulberii se va schimba imediat ce este aplicată.

2. Defectoscopia este efectuată folosind ultrasunete. Un fascicul de direcție va fi reflectat (împrăștiat) în moduri diferite, chiar dacă există întreruperi adânci în interiorul eșantionului.

3. Defectele din material arată bine metoda de cercetare a radiațiilorbazată pe diferența de absorbție a radiațiilor de către un mediu de densitate diferită. Se utilizează detectarea defectelor la gama și razele X.

4. Detectarea defectelor chimice. Dacă suprafața este gravată cu o soluție slabăacid azotic, acid clorhidric sau un amestec al acestora (aqua regia), apoi în locuri unde există defecte, plasa apare sub formă de dungi negre. Puteți aplica metoda prin care sunt luate amprentele de sulf. În locurile în care materialul este eterogen, sulful trebuie să schimbe culoarea.

Metode distructive

Metodele distructive sunt deja dezasamblate parțial. Probele sunt testate pentru îndoire, compresiune, tensiune, adică sunt utilizate metode distructive statice. Dacă produsul este supus unor sarcini ciclice variabile la încovoiere, se determină proprietăți dinamice. Metodele macroscopice pictează o imagine generală a structurii materialului și în volume mari. Pentru astfel de cercetări, sunt necesare probe speciale lustruite, gravate. Astfel, este posibil să se identifice forma și locația boabelor, de exemplu în oțel, prezența cristalelor cu deformare, fibre, cochilie, bule, fisuri și alte eterogenități de aliere.

Sunt studiate metodele microscopicemicrostructura și defectele cele mai mici ajung la lumină. Probele sunt în același mod pre-lustruite, lustruite și apoi supuse gravării. Testele suplimentare implică utilizarea microscoapelor electrice și optice și a analizelor cu raze X. Baza acestei metode este interferența razei care este împrăștiată de atomii de materie. Caracteristica materialului este monitorizată utilizând o analiză cu raze X. Caracteristicile mecanice ale materialelor determină rezistența acestora, care este esențială pentru construirea de structuri care sunt fiabile și sigure în funcționare. Prin urmare, materialul este verificat cu atenție și prin metode diferite în toate stările pe care este capabil să îl accepte fără a pierde un nivel ridicat de caracteristici mecanice.

Metode de control

Pentru testarea nedistructivăcaracteristicile materialelor au o mare importanță în alegerea corectă a metodelor eficiente. Cele mai exacte și interesante în acest sens, metodele de control - controlul defectelor. Aici este necesar să se cunoască și să se înțeleagă diferențele dintre metodele de implementare a metodelor de detectare a defectelor și metodele de determinare a caracteristicilor fizico-mecanice, deoarece acestea sunt fundamental diferite unul de celălalt. Dacă acestea din urmă se bazează pe controlul parametrilor fizici și corelarea lor ulterioară cu caracteristicile mecanice ale materialului, atunci detectarea defectelor se bazează pe conversia directă a radiației care se reflectă dintr-un defect sau trece printr-un mediu controlat.

Cel mai bun dintre toate, desigur, controlul este complex. Complexitatea constă în determinarea parametrilor fizici optici prin care este posibilă identificarea rezistenței și a altor caracteristici fizico-mecanice ale eșantionului. În același timp, se dezvoltă și apoi se implementează un set optim de controale asupra defectelor structurale. În final, apare o evaluare integrală a acestui material: performanța sa este determinată de întregul complex de parametri care au contribuit la determinarea metodelor nedistructive.

Testarea mecanică

Cu ajutorul acestor teste sunt verificate șia evaluat proprietățile mecanice ale materialelor. Acest tip de control a apărut cu mult timp în urmă, însă nu și-a pierdut relevanța. Chiar și materialele moderne de înaltă tehnologie sunt deseori criticate de consumatori. Și acest lucru sugerează că examinarea ar trebui efectuată mai atent. După cum am menționat deja, testele mecanice pot fi împărțite în două tipuri: statice și dinamice. Primul inspecta un produs sau specimen pentru torsiune, tensiune, compresiune, îndoire, iar acesta din urmă pentru duritate și rezistență la impact. Echipamentele moderne ajută la realizarea acestor proceduri care nu sunt prea simple, cu o înaltă calitate și pentru a identifica toate proprietățile operaționale ale acestui material.

Încercarea de tracțiune poate fi identificatărezistența materialului la efectele stresului de întindere aplicat constant sau în creștere. Metoda este veche, încercată și înțeleasă, folosită foarte mult și încă pe scară largă. Proba se întinde de-a lungul axei longitudinale cu ajutorul unui dispozitiv într-o mașină de testare. Rata de întindere a eșantionului este constantă, sarcina este măsurată de un senzor special. În același timp, alungirea este monitorizată, precum și conformitatea cu sarcina aplicată. Rezultatele acestor teste sunt extrem de utile dacă trebuie să creați noi modele, deoarece până acum nimeni nu știe cum se vor comporta sub sarcină. Numai identificarea tuturor parametrilor de elasticitate materială poate provoca. Stres maxim - punctul de randament se determină prin determinarea încărcării maxime pe care un material dat poate rezista. Acest lucru va ajuta la calcularea marjei de siguranță.

Testul de duritate

Rigiditatea materialului se calculează în valoare absolută.elasticitate. Combinația dintre fluiditate și duritate ajută la determinarea elasticității materialului. Dacă procesul tehnologic conține operațiuni precum tragerea, laminarea, presarea, atunci este pur și simplu necesar să cunoaștem cantitatea de deformare plastică posibilă. Cu o ductilitate ridicată, materialul va putea lua orice formă cu o încărcătură corespunzătoare. Un test de compresie poate servi și ca metodă pentru identificarea unei marje de siguranță. Mai ales dacă materialul este fragil.

Duritatea este testată cu un indentor, careFabricat din material mult mai greu. Cel mai adesea, acest test se efectuează în conformitate cu metoda lui Brinell (mingea este presată), Vickers (sub formă de identificator piramidă) sau Rockwell (este folosit un con). Identificatorul este presat în suprafața materialului cu o anumită forță 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 se evaluează rezistența unui material la momentul aplicării unei sarcini.