Izstrādājumu ekspluatācijas īpašību novērtēšanai un materiālu fizikālo un mehānisko īpašību noteikšanai tiek izmantotas dažādas instrukcijas, GOST un citi normatīvie un konsultatīvie dokumenti. Ieteicamas arī metodes, lai pārbaudītu veselas sērijas produktu vai viena veida materiāla paraugu iznīcināšanu. Šī metode nav īpaši ekonomiska, taču efektīva.
Raksturu definīcija
Materiālu mehānisko īpašību galvenie raksturlielumi ir šādi.
1. Stiepes izturība vai stiepes izturība – sprieguma spēks, kas tiek fiksēts pie lielākās slodzes pirms parauga iznīcināšanas. Materiālu izturības un plastiskuma mehāniskie raksturlielumi raksturo cieto vielu īpašības pretoties neatgriezeniskām formas izmaiņām un iznīcināšanai ārējo slodžu ietekmē.
2. Nosacītā tecēšanas robeža ir spriegums, kad atlikušais deformācija sasniedz 0,2% no parauga garuma. Tas irmazākais spriegums, kamēr paraugs turpina deformēties bez ievērojama sprieguma pieauguma.
3. Ilgtermiņa stiprības robežu sauc par lielāko spriegumu noteiktā temperatūrā, kas uz noteiktu laiku izraisa parauga iznīcināšanu. Materiālu mehānisko īpašību noteikšana ir vērsta uz galīgajām ilgtermiņa stiprības vienībām – iznīcināšana notiek pie 7000 grādiem pēc Celsija 100 stundās.
4. Nosacītā šļūdes robeža ir spriegums, kas paraugā noteiktā temperatūrā uz noteiktu laiku izraisa noteiktu pagarinājumu, kā arī šļūdes ātrumu. Robeža ir metāla deformācija 100 stundu laikā pie 7000 grādiem pēc Celsija par 0,2%. Šļūde ir noteikts metālu deformācijas ātrums pastāvīgas slodzes un augstas temperatūras apstākļos ilgu laiku. Karstumizturība ir materiāla izturība pret lūzumiem un šļūdei.
5. Noguruma robeža ir cikla sprieguma augstākā vērtība, kad noguruma kļūme nenotiek. Iekraušanas ciklu skaits var būt norādīts vai patvaļīgs, atkarībā no tā, kā tiek plānota materiālu mehāniskā pārbaude. Mehāniskās īpašības ietver materiāla nogurumu un izturību. Ciklā slodžu ietekmē uzkrājas bojājumi, veidojas plaisas, kas noved pie iznīcināšanas. Tas ir nogurums. Un noguruma pretestības īpašība ir izturība.
Izstiepties un sarauties
Materiāli, ko izmanto inženierzinātnēsprakse ir sadalīta divās grupās. Pirmā ir plastmasa, kuras iznīcināšanai jāparādās būtiskām paliekošām deformācijām, otrā ir trausla, sabrūk pie ļoti mazām deformācijām. Dabiski, ka šāds dalījums ir ļoti patvaļīgs, jo katrs materiāls atkarībā no radītajiem apstākļiem var uzvesties gan kā trausls, gan kā plastisks. Tas ir atkarīgs no stresa stāvokļa, temperatūras, deformācijas ātruma un citiem faktoriem.
Materiālu mehāniskās īpašības spriegojumā un saspiešanā ir daiļrunīgas gan attiecībā uz kaļamiem, gan trausliem. Piemēram, vieglo tēraudu pārbauda stiepē, bet čugunu pārbauda kompresijā. Čuguns ir trausls, tērauds ir kaļams. Trausliem materiāliem ir lielāka spiedes izturība, savukārt stiepes deformācija ir sliktāka. Plastmasai ir aptuveni tādas pašas mehāniskās īpašības kā saspiešanas un stiepes materiāliem. Tomēr to slieksni joprojām nosaka stiepšanās. Tieši šīs metodes var precīzāk noteikt materiālu mehāniskās īpašības. Spriegojuma un saspiešanas diagramma ir parādīta šī raksta ilustrācijās.
Trauslums un plastiskums
Kas ir plastiskums un trauslums? Pirmais ir spēja nesabrukt, saņemot atlikušās deformācijas lielos daudzumos. Šī īpašība ir izšķiroša svarīgākajām tehnoloģiskajām operācijām. Liekšana, zīmēšana, zīmēšana, štancēšana un daudzas citas darbības ir atkarīgas no plastiskuma īpašībām. Pie kaļamiem materiāliem pieder rūdīts varš, misiņš, alumīnijs, viegls tērauds, zelts un tamlīdzīgi. Daudz mazāk kaļamā bronzaun durāls. Gandrīz visi leģētie tēraudi ir ļoti vāji kaļami.
Plastmasas materiālu stiprības raksturlielumi tiek salīdzināti ar tecēšanas robežu, kas tiks aplūkota turpmāk. Trausluma un plastiskuma īpašības lielā mērā ietekmē temperatūra un slodzes ātrums. Ātra spriedze padara materiālu trauslu, bet lēna spriedze padara to elastīgu. Piemēram, stikls ir trausls materiāls, taču tas var izturēt ilgstošu slodzi, ja temperatūra ir normāla, tas ir, tas parāda plastiskuma īpašības. Viegls tērauds ir kaļams, taču trieciena slodzes ietekmē tas izskatās kā trausls materiāls.
Variācijas metode
Materiālu fizikāli mehāniskos raksturlielumus nosaka garenvirziena, lieces, vērpes un citu, vēl sarežģītāku veidu vibrāciju ierosme un atkarībā no paraugu izmēra, formas, uztvērēja un ierosinātāja veidiem, metodes stiprinājumu un dinamisko slodžu pielikšanas shēmas. Ar šo metodi tiek pārbaudīti arī lielizmēra izstrādājumi, ja būtiski tiek mainīta pielietošanas metode slodzes pielikšanas, vibrāciju ierosināšanas un to reģistrēšanas metodēs. Tāda pati metode tiek izmantota, lai noteiktu materiālu mehāniskās īpašības, ja nepieciešams novērtēt liela izmēra konstrukciju stingrību. Tomēr šo metodi neizmanto materiāla raksturlielumu vietējai noteikšanai izstrādājumā. Tehnikas praktiskā pielietošana iespējama tikai tad, ja ir zināmi ģeometriskie izmēri un blīvums, kad ir iespējams izstrādājumu nostiprināt uz balstiem un uzprodukts - pārveidotāji, nepieciešami noteikti temperatūras apstākļi utt.
Piemēram, mainot temperatūras režīmus, notiek viena vai otra maiņa, materiālu mehāniskās īpašības karsējot kļūst dažādas. Gandrīz visi ķermeņi šajos apstākļos paplašinās, kas ietekmē to struktūru. Jebkuram ķermenim ir noteiktas mehāniskās īpašības materiāliem, no kuriem tas sastāv. Ja šie raksturlielumi nemainās visos virzienos un paliek nemainīgi, šādu ķermeni sauc par izotropu. Ja mainās materiālu fizikālās un mehāniskās īpašības - anizotrops. Pēdējā ir raksturīga gandrīz visiem materiāliem, tikai atšķirīgā mērā. Bet ir, piemēram, tēraudi, kur anizotropija ir ļoti nenozīmīga. Visspilgtāk tas ir tādos dabīgos materiālos kā koks. Ražošanas apstākļos materiālu mehāniskās īpašības tiek noteiktas, izmantojot kvalitātes kontroli, kur tiek izmantoti dažādi GOST. Neviendabīguma novērtējums tiek iegūts no statistiskās apstrādes, kad tiek apkopoti testa rezultāti. Paraugiem jābūt daudziem, un tiem jābūt izgrieztiem no konkrēta dizaina. Šī tehnoloģisko raksturlielumu iegūšanas metode tiek uzskatīta par diezgan darbietilpīgu.
Akustiskā metode
Materiālu mehānisko īpašību un to raksturlielumu noteikšanai ir ļoti daudz akustisko metožu, un tās visas atšķiras ar svārstību ievades, uztveršanas un reģistrācijas veidiem sinusoidālā un impulsa režīmā. Akustiskās metodes tiek izmantotas, pētot, piemēram, būvmateriālus, to biezumu un stiepes stāvokli defektu noteikšanas laikā. Ar akustiskām metodēm nosaka arī konstrukcijas materiālu mehāniskās īpašības. Jau šobrīd tiek izstrādātas un sērijveidā ražotas daudzas dažādas elektroniskas akustiskās ierīces, kas ļauj reģistrēt elastīgos viļņus, to izplatīšanās parametrus gan sinusoidālā, gan impulsa režīmā. Pamatojoties uz tiem, nosaka materiālu stiprības mehāniskos raksturlielumus. Ja tiek izmantotas zemas intensitātes elastīgās svārstības, šī metode kļūst absolūti droša.
Akustiskās metodes trūkums ir nepieciešamība pēc akustiskā kontakta, kas ne vienmēr ir iespējams. Tāpēc šie darbi nav īpaši produktīvi, ja nepieciešams steidzami iegūt materiālu stiprības mehāniskos raksturlielumus. Rezultātu lielā mērā ietekmē virsmas stāvoklis, pētāmā izstrādājuma ģeometriskās formas un izmēri, kā arī vide, kurā tiek veikti testi. Lai pārvarētu šīs grūtības, ir jārisina konkrēta problēma ar stingri noteiktu akustisko metodi vai, gluži otrādi, jāizmanto vairākas no tām uzreiz, tas ir atkarīgs no konkrētās situācijas. Piemēram, stikla šķiedra ir piemērota šādam pētījumam, jo elastīgo viļņu izplatīšanās ātrums ir labs, un tāpēc plaši tiek izmantota zondēšana no gala līdz galam, kad uztvērējs un emitētājs atrodas uz pretējām parauga virsmām.
Defektoskopija
Materiālu kvalitātes kontrolei dažādās nozarēs tiek izmantotas defektoskopijas metodes. Ir nesagraujošas un destruktīvas metodes. Nesagraujošā ietver šādus.
1. Magnētisko defektu noteikšana tiek izmantota, lai noteiktu virsmas plaisas un iespiešanās trūkumu. Teritorijas, kurās ir šādi defekti, raksturo klaiņojoši lauki. Jūs varat tos noteikt ar īpašām ierīcēm vai vienkārši uzklāt magnētiskā pulvera slāni pa visu virsmu. Defektu vietās pulvera atrašanās vieta mainīsies pat uzklājot.
2. Defektoskopiju veic arī ar ultraskaņas palīdzību. Virziena stars tiks atspoguļots (izkliedēts) atšķirīgi, pat ja dziļi paraugā būs pārtraukumi.
3. Materiāla defektus labi parāda radiācijas izpētes metode, kuras pamatā ir atšķirības starojuma absorbcijā ar dažāda blīvuma vidi. Tiek izmantota gamma defektu noteikšana un rentgena starojums.
4. Ķīmisko defektu noteikšana. Ja virsma ir iegravēta ar vāju slāpekļskābes, sālsskābes vai to maisījumu (aqua regia) šķīdumu, tad vietās, kur ir defekti, parādās tīkls melnu svītru veidā. Varat izmantot metodi, kurā tiek noņemtas sēra nospiedumi. Vietās, kur materiāls ir neviendabīgs, sēram vajadzētu mainīt krāsu.
Destruktīvās metodes
Destruktīvās metodes šeit jau ir daļēji demontētas. Paraugus pārbauda uz liekšanu, saspiešanu, spriedzi, tas ir, tiek izmantotas statiskās destruktīvās metodes. Ja produktstiek pārbaudītas ar mainīgām cikliskām slodzēm uz trieciena lieces - tiek noteiktas dinamiskās īpašības. Makroskopiskās metodes sniedz vispārīgu priekšstatu par materiāla struktūru un lielos apjomos. Šādam pētījumam nepieciešami īpaši pulēti paraugi, kas tiek pakļauti kodināšanai. Tātad ir iespējams noteikt graudu formu un izvietojumu, piemēram, tēraudā, kristālu ar deformāciju, šķiedru, čaulu, burbuļu, plaisu un citu sakausējuma neviendabīgumu klātbūtni.
Mikroskopiskās metodes pēta mikrostruktūru un atklāj mazākos defektus. Paraugi tiek iepriekš slīpēti, pulēti un pēc tam iegravēti tādā pašā veidā. Turpmāka pārbaude ietver elektrisko un optisko mikroskopu izmantošanu un rentgenstaru difrakcijas analīzi. Šīs metodes pamatā ir staru iejaukšanās, ko izkliedē vielas atomi. Materiāla īpašības tiek kontrolētas, analizējot rentgenstaru difrakcijas modeli. Materiālu mehāniskās īpašības nosaka to izturību, kas ir galvenais uzticamām un ekspluatācijā drošām būvkonstrukcijām. Tāpēc materiāls tiek rūpīgi un ar dažādām metodēm pārbaudīts visos apstākļos, ko tas spēj pieņemt, nezaudējot augsta līmeņa mehāniskās īpašības.
Kontroles metodes
Materiālu īpašību nesagraujošās pārbaudes veikšanai liela nozīme ir pareizai efektīvu metožu izvēlei. Visprecīzākās un interesantākās šajā ziņā ir defektu noteikšanas metodes – defektu kontrole. Šeit ir jāzina un jāsaprot atšķirības starp defektu noteikšanas metožu ieviešanas metodēm un fiziskās noteikšanas metodēm.mehāniskās īpašības, jo tās būtiski atšķiras viena no otras. Ja pēdējie ir balstīti uz fizisko parametru kontroli un to sekojošo korelāciju ar materiāla mehāniskajām īpašībām, tad defektu noteikšanas pamatā ir tieša starojuma pārveidošana, kas atstarojas no defekta vai iziet cauri kontrolētai videi.
Pats labākais, protams, ir kompleksā kontrole. Sarežģītība slēpjas optimālo fizisko parametru noteikšanā, pēc kuriem var noteikt parauga stiprību un citas fizikālās un mehāniskās īpašības. Un arī tajā pašā laikā tiek izstrādāts un pēc tam ieviests optimāls līdzekļu kopums strukturālo defektu kontrolei. Un, visbeidzot, parādās šī materiāla neatņemams novērtējums: tā veiktspēju nosaka vesela virkne parametru, kas palīdzēja noteikt nesagraujošās metodes.
Mehāniskā pārbaude
Ar šo testu palīdzību tiek pārbaudītas un novērtētas materiālu mehāniskās īpašības. Šis kontroles veids parādījās jau sen, taču joprojām nav zaudējis savu aktualitāti. Pat mūsdienu augsto tehnoloģiju materiāli bieži un smagi tiek kritizēti no patērētāju puses. Un tas liek domāt, ka pārbaudes būtu jāveic rūpīgāk. Kā jau minēts, mehāniskos testus var iedalīt divos veidos: statiskā un dinamiskā. Pirmie pārbauda izstrādājuma vai parauga vērpi, spriegojumu, saspiešanu, lieci, bet otrā – cietību un triecienizturību. Mūsdienīgs aprīkojums palīdz kvalitatīvi veikt šīs ne pārāk vienkāršās procedūras un identificēt visas darbības problēmas.šī materiāla īpašības.
Spriegojuma pārbaude var atklāt materiāla izturību pret pielietotā nemainīgā vai pieaugošā stiepes sprieguma ietekmi. Metode ir veca, pārbaudīta un saprotama, izmantota ļoti ilgu laiku un joprojām tiek plaši izmantota. Paraugu izstiepj gar garenisko asi, izmantojot testēšanas iekārtā esošo stiprinājumu. Parauga stiepes ātrums ir nemainīgs, slodzi mēra ar īpašu sensoru. Tajā pašā laikā tiek uzraudzīts pagarinājums, kā arī tā atbilstība pieliktajai slodzei. Šādu testu rezultāti ir ārkārtīgi noderīgi, ja ir jāizveido jauni dizaini, jo neviens vēl nezina, kā tie izturēsies zem slodzes. Var liecināt tikai visu materiāla elastības parametru noteikšana. Maksimālais spriegums – tecēšanas robeža nosaka maksimālo slodzi, ko konkrētais materiāls var izturēt. Tas palīdzēs aprēķināt drošības rezervi.
Cietības tests
Materiāla stingrību aprēķina pēc elastības moduļa. Šķidruma un cietības kombinācija palīdz noteikt materiāla elastību. Ja tehnoloģiskajā procesā ir tādas darbības kā caururbšana, velmēšana, presēšana, tad vienkārši ir jāzina iespējamās plastiskās deformācijas lielums. Ar augstu plastiskumu materiāls varēs pieņemt jebkuru formu ar atbilstošu slodzi. Kompresijas tests var kalpot arī kā metode drošības robežas noteikšanai. It īpaši, ja materiāls ir trausls.
Cietība tiek pārbaudīta, izmantojotIdentators, kas izgatavots no daudz cietāka materiāla. Visbiežāk šo testu veic pēc Brinela metodes (iekšā tiek iespiesta bumbiņa), Vickers (piramīdas formas identifikators) vai Rokvela (tiek izmantots konuss). Materiāla virsmā ar noteiktu spēku uz noteiktu laiku tiek iespiests identifikators un pēc tam tiek pētīts, kāds nospiedums paliek uz parauga. Ir arī citi diezgan plaši izmantoti testi: triecienizturībai, piemēram, kad materiāla pretestību novērtē slodzes pielikšanas brīdī.
