Per avaluar les propietats de rendiment dels productes i determinar les característiques físiques i mecàniques dels materials, s'utilitzen diverses instruccions, GOST i altres documents reguladors i d'assessorament. També es recomanen mètodes per provar la destrucció de tota una sèrie de productes o mostres del mateix tipus de material. Aquest no és un mètode molt econòmic, però és efectiu.
Definició de característiques
Les principals característiques de les propietats mecàniques dels materials són les següents.
1. Resistència a la tracció o resistència a la tracció: aquella força d'esforç que es fixa a la càrrega més alta abans de la destrucció de la mostra. Les característiques mecàniques de la resistència i plasticitat dels materials descriuen les propietats dels sòlids per resistir canvis irreversibles de forma i destrucció sota la influència de càrregues externes.
2. El límit de fluència condicional és la tensió quan la deformació residual arriba al 0,2% de la longitud de la mostra. Això ésla menor tensió mentre la mostra continua deformant-se sense un augment notable de la tensió.
3. El límit de resistència a llarg termini s'anomena estrès més gran, a una temperatura determinada, que provoca la destrucció de la mostra durant un temps determinat. La determinació de les característiques mecàniques dels materials se centra en les unitats últimes de resistència a llarg termini: la destrucció es produeix a 7.000 graus centígrads en 100 hores.
4. El límit de fluència condicional és l'esforç que provoca a una temperatura determinada durant un temps determinat a la mostra un allargament determinat, així com la velocitat de fluència. El límit és la deformació del metall durant 100 hores a 7.000 graus centígrads en un 0,2%. La fluència és una certa taxa de deformació dels metalls sota càrrega constant i alta temperatura durant molt de temps. La resistència a la calor és la resistència d'un material a trencar-se i fluir.
5. El límit de fatiga és el valor més alt de la tensió del cicle quan no es produeix una fallada per fatiga. El nombre de cicles de càrrega pot ser donat o arbitrari, depenent de com es planifiqui l'assaig mecànic dels materials. Les característiques mecàniques inclouen la fatiga i la resistència del material. Sota l'acció de les càrregues en el cicle, els danys s'acumulen, es formen esquerdes, que condueixen a la destrucció. Això és fatiga. I la propietat de resistència a la fatiga és la resistència.
Estira i redueix
Materials utilitzats en enginyeriala pràctica es divideix en dos grups. El primer és plàstic, per a la destrucció del qual han d'aparèixer deformacions residuals importants, el segon és fràgil, col·lapsant-se amb deformacions molt petites. Naturalment, aquesta divisió és molt arbitrària, perquè cada material, depenent de les condicions creades, pot comportar-se tant com a fràgil com dúctil. Depèn de la naturalesa de l'estat d'estrès, la temperatura, la velocitat de tensió i altres factors.
Les característiques mecàniques dels materials en tensió i compressió són eloqüents tant per a dúctils com fràgils. Per exemple, l'acer suau es prova en tensió, mentre que el ferro colat es prova en compressió. El ferro colat és fràgil, l'acer és dúctil. Els materials fràgils tenen una major resistència a la compressió, mentre que la deformació per tracció és pitjor. Els plàstics tenen aproximadament les mateixes característiques mecàniques dels materials en compressió i tensió. Tanmateix, el seu llindar encara està determinat per l'estirament. Són aquests mètodes els que poden determinar amb més precisió les característiques mecàniques dels materials. El diagrama de tensió i compressió es mostra a les il·lustracions d'aquest article.
Fragilitat i plasticitat
Què és la plasticitat i la fragilitat? El primer és la capacitat de no col·lapsar-se, rebent deformacions residuals en grans quantitats. Aquesta propietat és determinant per a les operacions tecnològiques més importants. El plegat, el dibuix, el dibuix, l'estampació i moltes altres operacions depenen de les característiques de la plasticitat. Els materials dúctils inclouen coure recuit, llautó, alumini, acer suau, or i similars. Bronze molt menys dúctili dural. Gairebé tots els acers aliats són molt dèbilment dúctils.
Les característiques de resistència dels materials plàstics es comparen amb el límit elàstic, que es comentarà a continuació. Les propietats de fragilitat i plasticitat estan molt influenciades per la temperatura i la velocitat de càrrega. La tensió ràpida fa que el material sigui trencadís, mentre que la tensió lenta el fa dúctil. Per exemple, el vidre és un material trencadís, però pot suportar una càrrega a llarg termini si la temperatura és normal, és a dir, mostra les propietats de la plasticitat. I l'acer suau és dúctil, però sota càrrega de xoc sembla un material trencadís.
Mètode de variació
Les característiques físico-mecàniques dels materials estan determinades per l'excitació de vibracions longitudinals, de flexió, de torsió i d' altres tipus de vibracions encara més complexes, i depenent de la mida de les mostres, les formes, els tipus de receptors i els mètodes d'excitació. de subjecció i esquemes d'aplicació de càrregues dinàmiques. Els productes de gran mida també estan subjectes a proves amb aquest mètode, si el mètode d'aplicació en els mètodes d'aplicació de la càrrega, excitació de vibracions i registre d'aquestes es canvia significativament. El mateix mètode s'utilitza per determinar les característiques mecàniques dels materials quan cal avaluar la rigidesa d'estructures de grans dimensions. Tanmateix, aquest mètode no s'utilitza per a la determinació local de les característiques del material en un producte. L'aplicació pràctica de la tècnica només és possible quan es coneixen les dimensions geomètriques i la densitat, quan és possible fixar el producte sobre suports i sobre elproducte - convertidors, calen determinades condicions de temperatura, etc.
Per exemple, quan es canvien els règims de temperatura, es produeix un o altre canvi, les característiques mecàniques dels materials es tornen diferents quan s'escalfen. Gairebé tots els cossos s'expandeixen en aquestes condicions, la qual cosa afecta la seva estructura. Qualsevol cos té certes característiques mecàniques dels materials dels quals està compost. Si aquestes característiques no canvien en totes direccions i es mantenen iguals, aquest cos s'anomena isòtrop. Si les característiques físiques i mecàniques dels materials canvien - anisòtrop. Aquest últim és un tret característic de gairebé tots els materials, només en una mesura diferent. Però hi ha, per exemple, els acers, on l'anisotropia és molt insignificant. És més pronunciat en materials tan naturals com la fusta. En condicions de producció, les característiques mecàniques dels materials es determinen mitjançant un control de qualitat, on s'utilitzen diversos GOST. A partir del processament estadístic s'obté una estimació de l'heterogeneïtat quan es resumeixen els resultats de la prova. Les mostres han de ser nombroses i tallades d'un disseny específic. Aquest mètode d'obtenció de característiques tecnològiques es considera força laboriós.
Mètode acústic
Hi ha molts mètodes acústics per determinar les propietats mecàniques dels materials i les seves característiques, i tots es diferencien en les maneres d'entrada, recepció i registre d'oscil·lacions en modes sinusoïdal i polsat. Els mètodes acústics s'utilitzen en l'estudi, per exemple, dels materials de construcció, el seu gruix i estat de tensió, durant la detecció de defectes. Les característiques mecàniques dels materials estructurals també es determinen mitjançant mètodes acústics. Ja s'estan desenvolupant i produint en sèrie nombrosos dispositius electrònics acústics diversos, que permeten enregistrar ones elàstiques, els seus paràmetres de propagació tant en modes sinusoïdals com polsats. Sobre la seva base, es determinen les característiques mecàniques de la resistència dels materials. Si s'utilitzen oscil·lacions elàstiques de baixa intensitat, aquest mètode esdevé absolutament segur.
El desavantatge del mètode acústic és la necessitat de contacte acústic, que no sempre és possible. Per tant, aquests treballs són poc productius si cal obtenir amb urgència les característiques mecàniques de la resistència dels materials. El resultat està molt influenciat per l'estat de la superfície, les formes geomètriques i les dimensions del producte objecte d'estudi, així com l'entorn on es realitzen les proves. Per superar aquestes dificultats, un problema concret s'ha de resoldre mitjançant un mètode acústic estrictament definit o, per contra, s'han d'utilitzar diverses alhora, depèn de la situació concreta. Per exemple, la fibra de vidre es presta bé a aquest estudi, ja que la velocitat de propagació de les ones elàstiques és bona i, per tant, el sondeig d'extrem a extrem s'utilitza àmpliament quan el receptor i l'emissor es troben a superfícies oposades de la mostra.
Defectoscòpia
Els mètodes de defectoscòpia s'utilitzen per controlar la qualitat dels materials en diverses indústries. Hi ha mètodes no destructius i destructius. No destructiu inclou els següents.
1. La detecció de defecte magnètic s'utilitza per determinar les esquerdes superficials i la manca de penetració. Les zones que tenen aquests defectes es caracteritzen per camps perduts. Podeu detectar-los amb dispositius especials o simplement aplicar una capa de pols magnètic sobre tota la superfície. En llocs amb defectes, la ubicació de la pols canviarà fins i tot quan s'apliqui.
2. La defectoscòpia també es realitza amb l'ajuda d'ecografia. El feix direccional es reflectirà (escamparà) de manera diferent, fins i tot si hi ha alguna discontinuïtat a l'interior de la mostra.
3. Els defectes del material es mostren bé pel mètode d'investigació de la radiació, basat en la diferència en l'absorció de la radiació per un medi de diferent densitat. S'utilitzen la detecció de fallades gamma i els raigs X.
4. Detecció de defectes químics. Si la superfície està gravada amb una solució feble d'àcid nítric, àcid clorhídric o una barreja d'ells (aigua regia), aleshores, als llocs on hi ha defectes, apareix una xarxa en forma de ratlles negres. Podeu aplicar un mètode en què s'eliminen les impressions de sofre. En llocs on el material no és homogeni, el sofre hauria de canviar de color.
Mètodes destructius
Els mètodes destructius ja estan parcialment desmuntats aquí. Les mostres es proveen per a la flexió, la compressió, la tensió, és a dir, s'utilitzen mètodes destructius estàtics. Si el productes'assagen amb càrregues cícliques variables en flexió per impacte - es determinen les propietats dinàmiques. Els mètodes macroscòpics dibuixen una imatge general de l'estructura del material i en grans volums. Per a aquest estudi, es necessiten mostres especialment polides, que es sotmeten a gravat. Així, és possible identificar la forma i la disposició dels grans, per exemple, en l'acer, la presència de cristalls amb deformació, fibres, closques, bombolles, esquerdes i altres inhomogeneïtats de l'aliatge.
Els mètodes microscòpics estudien la microestructura i revelen els defectes més petits. Les mostres són preliminarment mòltes, polides i després gravades de la mateixa manera. Les proves posteriors inclouen l'ús de microscopis elèctrics i òptics i l'anàlisi de difracció de raigs X. La base d'aquest mètode és la interferència de raigs que són dispersos pels àtoms d'una substància. Les característiques del material es controlen mitjançant l'anàlisi del patró de difracció de raigs X. Les característiques mecàniques dels materials determinen la seva resistència, que és el principal per construir estructures que siguin fiables i segures en funcionament. Per tant, el material es prova acuradament i mitjançant diferents mètodes en totes les condicions que sigui capaç d'acceptar sense perdre un alt nivell de característiques mecàniques.
Mètodes de control
Per dur a terme proves no destructives de les característiques dels materials, l'elecció correcta de mètodes efectius és de gran importància. El més precís i interessant en aquest sentit són els mètodes de detecció de defectes: control de defectes. Aquí és necessari conèixer i entendre les diferències entre els mètodes per implementar mètodes de detecció de defectes i els mètodes per determinar la física.característiques mecàniques, ja que són fonamentalment diferents entre si. Si aquests últims es basen en el control de paràmetres físics i la seva posterior correlació amb les característiques mecàniques del material, aleshores la detecció de defecte es basa en la conversió directa de la radiació que es reflecteix d'un defecte o passa per un entorn controlat..
El millor, per descomptat, és el control complex. La complexitat rau en la determinació dels paràmetres físics òptims, que es poden utilitzar per identificar la resistència i altres característiques físiques i mecàniques de la mostra. I també, al mateix temps, es desenvolupa i després s'implanta un conjunt òptim de mitjans per controlar els defectes estructurals. I, finalment, apareix una valoració integral d'aquest material: el seu rendiment està determinat per tota una sèrie de paràmetres que van ajudar a determinar mètodes no destructius.
Proves mecàniques
Les propietats mecàniques dels materials s'assagen i s'avaluen amb l'ajuda d'aquestes proves. Aquest tipus de control va aparèixer fa molt de temps, però encara no ha perdut la seva rellevància. Fins i tot els materials moderns d' alta tecnologia són sovint i severament criticats pels consumidors. I això suggereix que els exàmens s'han de fer amb més cura. Com ja s'ha esmentat, les proves mecàniques es poden dividir en dos tipus: estàtiques i dinàmiques. Els primers comproven el producte o la mostra per a la torsió, la tensió, la compressió, la flexió i els segons la duresa i la resistència a l'impacte. Els equips moderns ajuden a realitzar aquests procediments no massa senzills amb alta qualitat i a identificar tots els problemes operatius.propietats d'aquest material.
Les proves de tensió poden revelar la resistència d'un material als efectes de la tensió de tracció constant o creixent aplicada. El mètode és antic, provat i comprensible, s'utilitza durant molt de temps i encara s'utilitza àmpliament. La mostra s'estira al llarg de l'eix longitudinal mitjançant un accessori a la màquina d'assaig. La velocitat de tracció de la mostra és constant, la càrrega es mesura amb un sensor especial. Al mateix temps, es controla l'allargament, així com el seu compliment amb la càrrega aplicada. Els resultats d'aquestes proves són extremadament útils si es volen fer nous dissenys, ja que ningú encara sap com es comportaran sota càrrega. Només la identificació de tots els paràmetres de l'elasticitat del material pot suggerir. Tensió màxima: el límit elàstic defineix la càrrega màxima que pot suportar un material determinat. Això ajudarà a calcular el marge de seguretat.
Prova de duresa
La rigidesa del material es calcula a partir del mòdul d'elasticitat. La combinació de fluïdesa i duresa ajuda a determinar l'elasticitat del material. Si el procés tecnològic conté operacions com brotxat, enrotllament, premsat, només cal conèixer la magnitud de la possible deformació plàstica. Amb una alta plasticitat, el material podrà prendre qualsevol forma sota la càrrega adequada. Una prova de compressió també pot servir com a mètode per determinar el marge de seguretat. Sobretot si el material és fràgil.
La duresa es prova amb
Identator, que està fet d'un material molt més dur. La majoria de vegades, aquesta prova es realitza segons el mètode Brinell (es pressiona una bola), Vickers (un ident en forma de piràmide) o Rockwell (s'utilitza un con). Es pressiona un identificador a la superfície del material amb una força determinada durant un període de temps determinat, i després s'estudia l'empremta que queda a la mostra. Hi ha altres proves força utilitzades: per a la resistència a l'impacte, per exemple, quan s'avalua la resistència d'un material en el moment de l'aplicació d'una càrrega.
