Per valutare le proprietà prestazionali dei prodotti e determinare le caratteristiche fisiche e meccaniche dei materiali, vengono utilizzate varie istruzioni, GOST e altri documenti normativi e di consulenza. Si raccomandano anche metodi per testare la distruzione di tutta una serie di prodotti o campioni dello stesso tipo di materiale. Questo non è un metodo molto economico, ma è efficace.
Definizione delle caratteristiche
Le principali caratteristiche delle proprietà meccaniche dei materiali sono le seguenti.
1. Resistenza alla trazione o resistenza alla trazione - quella forza di sollecitazione fissata al carico più alto prima della distruzione del campione. Le caratteristiche meccaniche di resistenza e plasticità dei materiali descrivono le proprietà dei solidi di resistere a cambiamenti irreversibili di forma e distruzione sotto l'influenza di carichi esterni.
2. Il carico di snervamento condizionale è lo stress quando la deformazione residua raggiunge lo 0,2% della lunghezza del campione. Questo èlo stress minimo mentre il campione continua a deformarsi senza un notevole aumento dello stress.
3. Il limite della resistenza a lungo termine è chiamato il massimo sforzo, a una data temperatura, che causa la distruzione del campione per un certo tempo. La determinazione delle caratteristiche meccaniche dei materiali si concentra sulle unità finali di resistenza a lungo termine: la distruzione avviene a 7.000 gradi Celsius in 100 ore.
4. Il limite di scorrimento condizionale è lo stress che provoca a una data temperatura per un certo tempo nel campione un determinato allungamento, così come la velocità di scorrimento. Il limite è la deformazione del metallo per 100 ore a 7.000 gradi Celsius dello 0,2%. Lo scorrimento è un certo tasso di deformazione dei metalli sotto carico costante e ad alta temperatura per lungo tempo. La resistenza al calore è la resistenza di un materiale alla frattura e allo scorrimento.
5. Il limite di fatica è il valore più alto della sollecitazione del ciclo quando non si verifica la rottura per fatica. Il numero di cicli di carico può essere dato o arbitrario, a seconda di come è pianificata la prova meccanica dei materiali. Le caratteristiche meccaniche includono la fatica e la resistenza del materiale. Sotto l'azione dei carichi nel ciclo, si accumulano danni, si formano crepe che portano alla distruzione. Questa è fatica. E la proprietà della resistenza alla fatica è la resistenza.
Allunga e riduci
Materiali utilizzati in ingegneriapratica sono divisi in due gruppi. Il primo è di plastica, per la cui distruzione devono apparire significative deformazioni residue, il secondo è fragile, collassando a deformazioni molto piccole. Naturalmente, una tale divisione è molto arbitraria, perché ogni materiale, a seconda delle condizioni create, può comportarsi sia come fragile che come duttile. Dipende dalla natura dello stato di stress, dalla temperatura, dalla velocità di deformazione e da altri fattori.
Le caratteristiche meccaniche dei materiali in trazione e compressione sono eloquenti sia per duttilità che per fragilità. Ad esempio, l'acciaio dolce viene testato a trazione, mentre la ghisa viene testata a compressione. La ghisa è fragile, l'acciaio è duttile. I materiali fragili hanno una maggiore resistenza alla compressione, mentre la deformazione a trazione è peggiore. La plastica ha all'incirca le stesse caratteristiche meccaniche dei materiali in compressione e trazione. Tuttavia, la loro soglia è ancora determinata dallo stretching. Sono questi metodi che possono determinare con maggiore precisione le caratteristiche meccaniche dei materiali. Il diagramma di tensione e compressione è mostrato nelle illustrazioni di questo articolo.
Fragilità e plasticità
Che cos'è plasticità e fragilità? Il primo è la capacità di non crollare, ricevendo deformazioni residue in grandi quantità. Questa proprietà è determinante per le operazioni tecnologiche più importanti. La piegatura, l'imbutitura, l'imbutitura, lo stampaggio e molte altre operazioni dipendono dalle caratteristiche della plasticità. I materiali duttili includono rame ricotto, ottone, alluminio, acciaio dolce, oro e simili. Bronzo molto meno duttilee durale. Quasi tutti gli acciai legati sono molto debolmente duttili.
Le caratteristiche di resistenza dei materiali plastici vengono confrontate con la resistenza allo snervamento, che sarà discussa di seguito. Le proprietà di fragilità e plasticità sono fortemente influenzate dalla temperatura e dalla velocità di carico. La tensione rapida rende il materiale fragile, mentre la tensione lenta lo rende duttile. Ad esempio, il vetro è un materiale fragile, ma può sopportare un carico a lungo termine se la temperatura è normale, cioè mostra le proprietà della plasticità. E l'acciaio dolce è duttile, ma sotto carico d'urto appare come un materiale fragile.
Metodo di variazione
Le caratteristiche fisico-meccaniche dei materiali sono determinate dall'eccitazione di vibrazioni longitudinali, flessionali, torsionali e di altro tipo, anche più complesse, e a seconda delle dimensioni dei campioni, forme, tipi di ricevitore ed eccitatore, metodi di fissaggio e schemi per l'applicazione di carichi dinamici. Anche i prodotti di grandi dimensioni sono soggetti a test utilizzando questo metodo, se il metodo di applicazione nei metodi di applicazione del carico, eccitazione delle vibrazioni e registrazione delle stesse viene modificato in modo significativo. Lo stesso metodo viene utilizzato per determinare le caratteristiche meccaniche dei materiali quando è necessario valutare la rigidità di strutture di grandi dimensioni. Tuttavia, questo metodo non viene utilizzato per la determinazione locale delle caratteristiche dei materiali in un prodotto. L'applicazione pratica della tecnica è possibile solo quando si conoscono le dimensioni geometriche e la densità, quando è possibile fissare il prodotto su supporti, e sulprodotto - convertitori, sono necessarie determinate condizioni di temperatura, ecc.
Ad esempio, quando si cambiano i regimi di temperatura, si verifica l'uno o l' altro cambiamento, le caratteristiche meccaniche dei materiali diventano diverse quando riscaldati. Quasi tutti i corpi si espandono in queste condizioni, il che influisce sulla loro struttura. Qualsiasi corpo ha determinate caratteristiche meccaniche dei materiali di cui è composto. Se queste caratteristiche non cambiano in tutte le direzioni e rimangono le stesse, un tale corpo è chiamato isotropo. Se le caratteristiche fisiche e meccaniche dei materiali cambiano - anisotropo. Quest'ultimo è un tratto caratteristico di quasi tutti i materiali, solo in misura diversa. Ma ci sono, ad esempio, gli acciai, dove l'anisotropia è molto insignificante. È più pronunciato in materiali naturali come il legno. Nelle condizioni di produzione, le caratteristiche meccaniche dei materiali sono determinate attraverso il controllo di qualità, in cui vengono utilizzati vari GOST. Una stima dell'eterogeneità si ottiene dall'elaborazione statistica quando vengono riepilogati i risultati del test. I campioni dovrebbero essere numerosi e ritagliati da un disegno specifico. Questo metodo per ottenere le caratteristiche tecnologiche è considerato piuttosto laborioso.
Metodo acustico
Esistono molti metodi acustici per determinare le proprietà meccaniche dei materiali e le loro caratteristiche, e tutti differiscono per le modalità di input, ricezione e registrazione delle oscillazioni in modalità sinusoidale e pulsata. I metodi acustici vengono utilizzati nello studio, ad esempio, dei materiali da costruzione, del loro spessore e stato di tensione, durante il rilevamento dei difetti. Anche le caratteristiche meccaniche dei materiali strutturali sono determinate con metodi acustici. Sono già in fase di sviluppo e produzione in serie numerosi dispositivi elettronici acustici che consentono di registrare le onde elastiche, i loro parametri di propagazione sia in modalità sinusoidale che pulsata. Sulla loro base vengono determinate le caratteristiche meccaniche della resistenza dei materiali. Se si utilizzano oscillazioni elastiche di bassa intensità, questo metodo diventa assolutamente sicuro.
Lo svantaggio del metodo acustico è la necessità del contatto acustico, che non è sempre possibile. Pertanto, questi lavori sono poco produttivi se è necessario ottenere urgentemente le caratteristiche meccaniche della resistenza dei materiali. Il risultato è fortemente influenzato dallo stato della superficie, dalle forme geometriche e dalle dimensioni del prodotto in esame, nonché dall'ambiente in cui vengono effettuate le prove. Per superare queste difficoltà, un problema specifico deve essere risolto con un metodo acustico rigorosamente definito o, al contrario, se ne devono utilizzare più contemporaneamente, dipende dalla situazione specifica. Ad esempio, la fibra di vetro si presta bene a tale studio, poiché la velocità di propagazione delle onde elastiche è buona, e quindi il suono end-to-end è ampiamente utilizzato, quando il ricevitore e l'emettitore si trovano su superfici opposte del campione.
Difettoscopia
I metodi di difettoscopia vengono utilizzati per controllare la qualità dei materiali in vari settori. Esistono metodi non distruttivi e distruttivi. Non distruttivo includono quanto segue.
1. Il rilevamento magnetico dei difetti viene utilizzato per determinare le crepe superficiali e la mancanza di penetrazione. Le aree che presentano tali difetti sono caratterizzate da campi vaganti. Puoi rilevarli con dispositivi speciali o semplicemente applicare uno strato di polvere magnetica su tutta la superficie. In punti difettosi, la posizione della polvere cambierà anche quando applicata.
2. La defettoscopia viene eseguita anche con l'aiuto degli ultrasuoni. Il raggio direzionale verrà riflesso (diffuso) in modo diverso, anche se ci sono delle discontinuità all'interno del campione.
3. I difetti nel materiale sono ben mostrati dal metodo di ricerca della radiazione, basato sulla differenza nell'assorbimento della radiazione da parte di un mezzo di diversa densità. Vengono utilizzati il rilevamento dei difetti gamma e i raggi X.
4. Rilevamento di difetti chimici. Se la superficie viene incisa con una soluzione debole di acido nitrico, acido cloridrico o una loro miscela (aqua regia), nei punti in cui sono presenti difetti appare una rete sotto forma di strisce nere. È possibile applicare un metodo in cui vengono rimosse le impronte di zolfo. Nei punti in cui il materiale è disomogeneo, lo zolfo dovrebbe cambiare colore.
Metodi distruttivi
I metodi distruttivi sono già parzialmente smantellati qui. I campioni vengono testati per flessione, compressione, tensione, ovvero vengono utilizzati metodi distruttivi statici. Se il prodottovengono testati con carichi ciclici variabili sulla flessione per impatto - vengono determinate le proprietà dinamiche. I metodi macroscopici tracciano un quadro generale della struttura del materiale e in grandi volumi. Per tale studio sono necessari campioni appositamente lucidati, che sono sottoposti ad incisione. Quindi, è possibile identificare la forma e la disposizione dei grani, ad esempio nell'acciaio, la presenza di cristalli con deformazioni, fibre, gusci, bolle, crepe e altre disomogeneità della lega.
I metodi microscopici studiano la microstruttura e rivelano i più piccoli difetti. I campioni vengono preliminarmente rettificati, lucidati e quindi incisi allo stesso modo. Ulteriori test comportano l'uso di microscopi elettrici e ottici e analisi di diffrazione dei raggi X. La base di questo metodo è l'interferenza dei raggi che sono diffusi dagli atomi di una sostanza. Le caratteristiche del materiale sono controllate analizzando il pattern di diffrazione dei raggi X. Le caratteristiche meccaniche dei materiali determinano la loro resistenza, che è la cosa principale per costruire strutture affidabili e sicure durante il funzionamento. Pertanto, il materiale viene testato accuratamente e con metodi diversi in tutte le condizioni che è in grado di accettare senza perdere un elevato livello di caratteristiche meccaniche.
Metodi di controllo
Per condurre controlli non distruttivi sulle caratteristiche dei materiali, la giusta scelta di metodi efficaci è di grande importanza. I più accurati e interessanti a questo proposito sono i metodi di rilevamento dei difetti - controllo dei difetti. Qui è necessario conoscere e comprendere le differenze tra i metodi per implementare i metodi di rilevamento dei difetti e i metodi per determinare il fisicocaratteristiche meccaniche, in quanto fondamentalmente differenti tra loro. Se questi ultimi si basano sul controllo di parametri fisici e sulla loro successiva correlazione con le caratteristiche meccaniche del materiale, la rilevazione dei difetti si basa sulla conversione diretta della radiazione riflessa da un difetto o che attraversa un ambiente controllato.
La cosa migliore, ovviamente, è il controllo complesso. La complessità sta nella determinazione dei parametri fisici ottimali, che possono essere utilizzati per identificare la resistenza e altre caratteristiche fisiche e meccaniche del campione. E inoltre, allo stesso tempo, viene sviluppato e quindi implementato un insieme ottimale di mezzi per controllare i difetti strutturali. E, infine, appare una valutazione integrale di questo materiale: le sue prestazioni sono determinate da tutta una serie di parametri che hanno contribuito a determinare metodi non distruttivi.
Test meccanici
Le proprietà meccaniche dei materiali vengono testate e valutate con l'aiuto di questi test. Questo tipo di controllo è apparso molto tempo fa, ma non ha ancora perso la sua rilevanza. Anche i moderni materiali high-tech sono spesso e aspramente criticati dai consumatori. E questo suggerisce che gli esami dovrebbero essere svolti con maggiore attenzione. Come già accennato, le prove meccaniche possono essere suddivise in due tipi: statiche e dinamiche. Il primo controlla il prodotto o il campione per torsione, tensione, compressione, flessione e il secondo per durezza e resistenza all'urto. Le moderne attrezzature aiutano a eseguire queste procedure non troppo semplici con alta qualità e ad identificare tutti i problemi operativi.proprietà di questo materiale.
Le prove di trazione possono rivelare la resistenza di un materiale agli effetti di una sollecitazione di trazione costante o crescente applicata. Il metodo è vecchio, testato e comprensibile, utilizzato da molto tempo ed è ancora ampiamente utilizzato. Il campione viene stirato lungo l'asse longitudinale per mezzo di un'attrezzatura nella macchina di prova. La velocità di trazione del campione è costante, il carico è misurato da un apposito sensore. Allo stesso tempo, viene monitorato l'allungamento e la sua conformità al carico applicato. I risultati di tali prove sono estremamente utili se devono essere realizzati nuovi progetti, poiché nessuno sa ancora come si comporteranno sotto carico. Solo l'identificazione di tutti i parametri dell'elasticità del materiale può suggerire. Sollecitazione massima: il carico di snervamento determina la definizione del carico massimo che un determinato materiale può sopportare. Questo aiuterà a calcolare il margine di sicurezza.
Test di durezza
La rigidità del materiale è calcolata dal modulo di elasticità. La combinazione di fluidità e durezza aiuta a determinare l'elasticità del materiale. Se il processo tecnologico contiene operazioni come brocciatura, laminazione, pressatura, è semplicemente necessario conoscere l'entità della possibile deformazione plastica. Con un'elevata plasticità, il materiale sarà in grado di assumere qualsiasi forma sotto il carico appropriato. Un test di compressione può anche servire come metodo per determinare il margine di sicurezza. Soprattutto se il materiale è fragile.
La durezza viene testata utilizzandoIdentatore, che è fatto di un materiale molto più duro. Molto spesso, questo test viene eseguito secondo il metodo Brinell (viene premuta una palla), Vickers (un identatore a forma di piramide) o Rockwell (viene utilizzato un cono). Un identificatore viene premuto sulla superficie del materiale con una certa forza per un certo periodo di tempo, quindi viene studiata l'impronta rimasta sul campione. Esistono altri test abbastanza diffusi: per la resistenza all'urto, ad esempio, quando si valuta la resistenza di un materiale al momento dell'applicazione di un carico.
