Základní fyzikální a mechanické vlastnosti materiálů

Pro posouzení provozních vlastností výrobků a určení fyzikálních a mechanických vlastností materiálů se používají různé pokyny, GOST a další regulační a doporučení. Doporučené a metody testování pro zničení celé řady výrobků nebo podobných druhů materiálů. To není příliš ekonomická metoda, ale účinná.

Charakterizace

Hlavní charakteristiky mechanických vlastností materiálů jsou následující.

1. Dočasný odpor nebo maximální pevnost je pevnost napětí, která je fixována při největším zatížení před zničením vzorku. Mechanické vlastnosti pevnosti a plasticity materiálů popisují vlastnosti pevných látek, které odolávají nezvratným změnám ve tvaru a destrukci pod vlivem vnějšího zatížení.

2. Podmínkou prokliku je napětí, když zbytková deformace dosáhne 0,2% délky vzorku. Toto je nejnižší napětí v okamžiku, kdy se vzorek dále deformuje bez zřetelného zvýšení zatížení.

3. Limit dlouhodobé pevnosti je maximální stres při dané teplotě způsobující zničení vzorku po určitou dobu. Určení mechanických charakteristik materiálů je řízeno konečnými jednotkami dlouhodobé pevnosti - porucha nastává při 7000 stupňů Celsia za 100 hodin.

4. Podmínkou limitu tečení je napětí, které způsobuje určité prodloužení, stejně jako rychlost tečení, při dané teplotě po určitou dobu ve vzorku. Limit je deformace kovu po dobu 100 hodin při 7000 stupních Celsia o 0,2%. Creep je definována jako definovaná rychlost deformace kovů při konstantním zatížení a vysoké teplotě po dlouhou dobu. Tepelná odolnost je odolnost materiálu k zlomení a tečení.

5. Limit vytrvalosti je nejvyšší hodnota stresu cyklu, když nedojde k únikové únavě. Počet zatěžovacích cyklů může být specifikován nebo libovolný, v závislosti na tom, jak je naplánováno mechanické testování materiálů. Mechanické vlastnosti zahrnují únavu a vytrvalost materiálu. Při působení zatížení v cyklu dochází k akumulaci škod, vytváří se trhliny, což vede ke zničení. Je to únava. Vlastnost únavové odolnosti je vytrvalost.

Protahování a stlačení

Materiály použité v technické praxi jsou rozděleny do dvou skupin. První - plast, pro jehož zničení se musí objevit významná zbytková deformace, druhá - křehká, se zhroutila velmi malými deformacemi. Je samozřejmé, že toto dělení je velmi libovolné, protože každý materiál se může v závislosti na vytvořených podmínkách chovat jak křehkým, tak plastickým. To závisí na povaze stresového stavu, na teplotě, rychlosti deformace a dalších faktorech.

Mechanické charakteristiky materiálů v tahu a stlačení jsou výmluvné jak z plastu, tak z křehkosti. Například nízkouhlíková ocel je testována roztažením a litina kompresí. Litina - křehká, ocelová - plastová. Křehké materiály mají vysokou odolnost proti stlačování, s deformací napětí - horší. Plast má přibližně stejné mechanické vlastnosti materiálů pod tlakem a protažením. Nicméně jejich prah je určen protažením. Tyto metody umožňují přesněji určit mechanické vlastnosti materiálů. Schéma napětí a komprese je uvedeno na obrázcích tohoto článku.

Drobnost a tvárnost

Co je plasticita a křehkost? Prvním je schopnost nerozbírat a získávat zbytkové deformace ve velkém množství. Tato vlastnost je rozhodující pro nejdůležitější technologické operace. Ohýbání, kreslení, kreslení, razítkování a mnoho dalších operací závisí na charakteristikách plasticity. Mezi plastové materiály patří žíhaná měď, mosaz, hliník, nízkouhlíková ocel, zlato a podobně. Bronz a dural jsou mnohem méně plastové. Téměř slabě plastové skoro všechny legované oceli.

Pevnostní charakteristiky plastových materiálů jsou porovnávány s mez kluzu, které budou popsány níže. Vlastnosti lámavosti a plasticity jsou výrazně ovlivněny teplotou a rychlostí plnění. Rychlé napětí způsobuje křehkost materiálu a pomalou plasticitu. Například sklo je křehký materiál, ale může odolat prodlouženému působení nákladu, pokud je teplota normální, to znamená, že vykazuje vlastnosti tažnosti. A nízkouhlíkovou ocelí Je však tvárná, ale když náraz je ostrý, zatížení se projevuje jako křehký materiál.

Metoda oscilace

Fyzikální a mechanické charakteristiky materiálů jsou dány excitací podélného, ​​ohybového, torzního a dalšího, ještě složitějšího režimy a v závislosti na velikosti vzorků, tvarů, typů přijímačů a patogenů, způsobů připojení a schémat pro aplikaci dynamického zatížení. Velké výrobky jsou také testovány pomocí této metody, je-li nezbytné změnit způsob aplikace v metodách zatížení, vzrušující oscilace a jejich zaznamenávání. Stejná metoda určuje mechanické charakteristiky materiálů, je-li třeba vyhodnotit tuhost velkokapacitních konstrukcí. Pokud však v produktu jsou místní charakteristiky produktu, tato metoda se nepoužívá. Praktická aplikace této techniky je možné pouze tehdy, když víte, že rozměry a hmotnost, pokud je to možné upevnění výrobku na podpěrách a na výrobku - převodníky, potřebují určité teplotní podmínky atd

Například při změně teplotních podmínek dochází k této změně nebo ke změně mechanických charakteristik materiálů při zahřátí. Prakticky se všechna těla rozšiřují za těchto podmínek, což ovlivňuje jejich strukturu. Každé tělo má tyto nebo jiné mechanické charakteristiky materiálů, z nichž je složen. Pokud se tyto vlastnosti nezmění a nezmění ve všech směrech, takové tělo se nazývá izotropní. Pokud se mění fyzikální a mechanické vlastnosti materiálů - anizotropní. Druhý je charakteristickým znakem téměř všech materiálů, a to v různé míře. Existují například ocel, kde je anizotropie velmi nevýznamná. Nejzřetelněji se vyjadřuje v přírodních materiálech, jako je dřevo. Ve výrobním prostředí jsou mechanické vlastnosti materiálů určovány kontrolou kvality, kde se používají různé GOST. Odhady nehomogenity se získají ze statistického zpracování, kdy jsou výsledky zkoušek shrnuty. Vzorky by měly být četné a vyřezány z určitého provedení. Tento způsob získání technologických vlastností je považován za poměrně časově náročný.

Akustická metoda

Akustické metody za účelem stanovení mechanických vlastností materiálů a jejich charakteristiky, je mnoho, a všechny jsou různé vstupní metody, výkyvy příjem v harmonickém a pulzní režimy. Akustické metody se používají při zkoumání například stavebních materiálů, jejich tloušťky a stavu stresu při detekci vad. Mechanické vlastnosti konstrukčních materiálů jsou také určovány akustickými metodami. Množství různých elektronických akustických zařízení se již vyvíjí a jsou sériově vyráběné, což umožňuje zaznamenávat elastické vlny, parametry jejich šíření jak v sinusových, tak pulzních režimech. Na jejich základě jsou určeny mechanické pevnostní vlastnosti materiálů. Pokud se používají elastické vibrace nízké intenzity, je tato metoda absolutně bezpečná.

Nevýhodou akustické metody je potřeba akustického kontaktu, což není vždy možné. Tato pracovní místa proto nejsou příliš produktivní, pokud potřebujete nalézat mechanické vlastnosti síly materiálů. Stav povrchu, geometrické tvary a rozměry výrobku, který je předmětem šetření, a prostředí, ve kterém se zkoušky provádějí, mají obrovský dopad na výsledek. K překonání těchto potíží musí být konkrétní problém vyřešen striktně definovanou akustickou metodou, nebo naopak, je třeba je použít několikrát, závisí to na konkrétní situaci. Například, laminát dobře reagují na této studie, protože dobrou rychlost šíření elastických vln, a proto se běžně používá přes signalizaci při přijímač a vysílač jsou uspořádány na protilehlé povrchy vzorku.

Defektoskopie

Metody detekce chyb se používají ke kontrole kvality materiálů v různých průmyslových odvětvích. Existují nedestruktivní a destruktivní metody. Níže jsou nedestruktivní.

1. Pro stanovení trhlin na povrchu a nesvaření, detekce magnetických vad. Oblasti, které mají takové vady, jsou charakterizovány disperzními poli. Mohou být detekovány speciálními zařízeními nebo jednoduše pomocí vrstvy magnetického prášku na celý povrch. U míst závad se poloha prášku změní i při aplikaci.

2. Defektoskopie se provádí pomocí ultrazvuk. Směrový paprsek se odrazí odlišně (rozptýlený), pokud jsou ve vzorku hluboko hluboko.

3. Zjistili vady materiálu Radiační metoda vyšetřování, založené na rozdílu absorpce záření prostředkem s různou hustotou. Používá se gamma-defektoskopie a rentgen.

4. Detekce chemických vad. Je-li povrch leptané se slabým roztokem kyseliny dusičné, kyseliny chlorovodíkové nebo jejich směsí (aqua regia), v místech, kde jsou nedostatky se projevují ve formě černých ok proužky. Můžete použít metodu, která odstraňuje síru. Na místech, kde není materiál rovnoměrný, by měla síra změnit barvu.

Destruktivní metody

Destruktivní metody byly již částečně rozloženy. Vzorky jsou testovány na ohýbání, stlačení, protahování, tj. Statické destruktivní metody. Pokud je výrobek vystaven střídavým cyklickým namáháním při ohýbání nárazem, jsou určeny dynamické vlastnosti. Makroskopické metody vykreslují celkový obraz o struktuře materiálu a ve velkých objemech. Pro takovou studii jsou vyžadovány speciální vzorky, které jsou leptané. Je tedy možné určit tvar a uspořádání zrn, například, v oceli, přítomnost krystalů o deformace, vlákna, mušle, bubliny, praskliny a jiné slitiny nehomogenity.

Mikroskopické metody se používají ke studiu mikrostruktury a odhalování nejmenších svědků. Vzorky stejným způsobem jsou předem mleté, leštěné a poté vystaveny leptání. Další testování zahrnuje použití elektrických a optických mikroskopů a rentgenové strukturální analýzy. Základem této metody je zásah paprsků, které jsou rozptýleny atomy hmoty. Vlastnost materiálu je sledována rentgenovou analýzou. Mechanické vlastnosti materiálů určují jejich sílu, což je hlavní věc pro konstrukci konstrukcí, které jsou spolehlivé a bezpečné pro provoz. Proto je materiál testován pečlivě a různými způsoby za všech podmínek, které je schopen přijmout bez ztráty vysoké úrovně mechanických vlastností.

Metody kontroly

Pro nedestruktivní kontrolu vlastností materiálů má velký význam správný výběr účinných metod. Nejpřesnější a nejzajímavější v tomto ohledu jsou metody defektoskopie - řízení defektů. Je třeba znát a chápat rozdíl mezi způsoby realizace metod vad detekčních a metod pro určení fyzikálních a mechanických vlastností, protože se zásadně liší od sebe navzájem. Je-li tento založen na regulaci fyzikálních parametrů a jejich následné korelaci s mechanických vlastností materiálu, kontrolu na základě přímé konverze záření, které se odráží od průchodů vady nebo kontrolovaném prostředí.

Nejlepší ze všeho samozřejmě je, že kontrola je složitá. Složitost spočívá v určení optimálních fyzických parametrů, pomocí kterých lze určit pevnost a jiné fyzikální a mechanické vlastnosti vzorku. A současně je vyvinuta a implementována optimální sada ovládacích prvků pro konstrukční vady. Konečně je zde integrální hodnocení tohoto materiálu: jeho výkon je určen celou sadu parametrů, které pomohly určit nedestruktivní metody.

Mechanické testování

Pomocí takových testů se kontrolují a vyhodnocují mechanické vlastnosti materiálů. Tento typ kontroly se objevil velmi dlouho, ale neztrácel jeho význam. Dokonce i moderní high-tech materiály spotřebitelé docela často a hořce kritizují. A to naznačuje, že odbornost by měla být prováděna mnohem pečlivěji. Jak již bylo řečeno, mechanické testy lze rozdělit do dvou typů: statické a dynamické. Nejprve zkontrolujte výrobek nebo vzorek pro zkroucení, napětí, stlačení, ohýbání a druhý pro tvrdost a rázovou houževnatost. Moderní zařízení pomáhá kvalitativně provádět tyto ne příliš jednoduché postupy a odhalovat všechny vykořisťující vlastnosti tohoto materiálu.

Zkouška tahem může odhalit odolnost materiálu vůči působení aplikované konstanty nebo zvyšující se napětí v tahu. Metoda je stará, testovaná a srozumitelná, používá se již dávno a je stále široce používána. Vzorek se protáhne podél podélné osy pomocí zařízení v testovacím stroji. Rychlost protahování vzorku je konstantní, zatížení je měřeno zvláštním snímačem. Současně je řízeno prodloužení, stejně jako jeho soulad s aplikovaným zatížením. Výsledky těchto testů jsou mimořádně užitečné, pokud potřebujete vytvořit nové návrhy, protože nikdo neví, jak se chovají pod zatížením. Pouze identifikace všech parametrů pružnosti materiálu může pomoci. Maximální napětí - mez kluzu - určuje maximální zatížení, které může tento materiál odolat. To pomůže vypočítat bezpečnostní marži.

Test tvrdosti

Tuhost materiálu se vypočítá podle modulu pružnosti. Kombinace tekutosti a tvrdosti pomáhá určit elasticitu materiálu. Pokud v technologickém procesu dochází k takovým operacím jako je protahování, válcování, lisování, pak je třeba znát množství případné plastické deformace. Při vysoké plastice může materiál v příslušném zatížení mít jakýkoliv tvar. Metoda detekce bezpečnostního faktoru může také sloužit jako test komprese. Zvláště pokud je materiál křehký.

Tvrdost se testuje pomocí identifikátoru, který je vyroben z mnohem pevnějšího materiálu. Nejčastěji se tento test provádí pomocí Brinellovy metody (kulička je přitlačena), Vickers (pyramidový identifikátor) nebo Rockwell (pomocí kužele). Identifikátor s určitou silou se v určitém časovém úseku přitlačí na povrch materiálu a potom se zkoumá zbylá data na vzorku. Existují i ​​jiné poměrně široce používané testy: rázová houževnatost, například když je hodnocena odolnost materiálu v době aplikace zatížení.