برای ارزیابی ویژگی های عملکرد محصولات و تعیین ویژگی های فیزیکی و مکانیکی مواد، دستورالعمل های مختلف، GOST ها و سایر اسناد نظارتی و مشاوره ای استفاده می شود. روش هایی برای آزمایش تخریب یک سری کامل از محصولات یا نمونه هایی از همان نوع مواد نیز توصیه می شود. این روش چندان مقرون به صرفه نیست، اما موثر است.
تعریف خصوصیات
ویژگی های اصلی خواص مکانیکی مواد به شرح زیر است.
1. استحکام کششی یا استحکام کششی - آن نیروی تنشی که در بالاترین بار قبل از تخریب نمونه ثابت می شود. ویژگی‌های مکانیکی استحکام و پلاستیسیته مواد، ویژگی‌های جامدات را برای مقاومت در برابر تغییرات غیرقابل برگشت شکل و تخریب تحت تأثیر بارهای خارجی توصیف می‌کند.
2. استحکام تسلیم شرطی تنش زمانی است که کرنش باقیمانده به 0.2 درصد طول نمونه برسد. این هستکمترین تنش در حالی که نمونه به تغییر شکل بدون افزایش قابل توجه تنش ادامه می‌دهد.
3. حد استحکام درازمدت، بزرگترین تنش نامیده می شود، در دمای معین، که باعث از بین رفتن نمونه برای مدت معینی می شود. تعیین مشخصات مکانیکی مواد بر واحدهای نهایی استحکام طولانی مدت متمرکز است - تخریب در 7000 درجه سانتیگراد در 100 ساعت رخ می دهد.
4. حد خزش شرطی تنشی است که در یک دمای معین برای مدت زمان معینی در نمونه باعث افزایش طول مشخص و همچنین سرعت خزش می شود. حد مجاز تغییر شکل فلز به مدت 100 ساعت در دمای 7000 درجه سانتیگراد به میزان 0.2٪ است. خزش سرعت معینی از تغییر شکل فلزات تحت بارگذاری ثابت و دمای بالا برای مدت طولانی است. مقاومت حرارتی مقاومت یک ماده در برابر شکستگی و خزش است.
5. حد خستگی بالاترین مقدار تنش چرخه زمانی است که شکست خستگی رخ نمی دهد. بسته به نحوه برنامه ریزی آزمایش مکانیکی مواد، تعداد چرخه های بارگذاری می تواند داده شود یا دلخواه باشد. ویژگی های مکانیکی شامل خستگی و استقامت مواد است. تحت تأثیر بارها در چرخه، آسیب تجمع می یابد، ترک ایجاد می شود که منجر به تخریب می شود. این خستگی است. و خاصیت مقاومت در برابر خستگی استقامت است.
کشش و کوچک شدن
مواد مورد استفاده در مهندسیتمرین به دو گروه تقسیم می شود. اولی پلاستیک است که برای تخریب آن باید تغییر شکل های باقیمانده قابل توجهی ظاهر شود، دومی شکننده است و در تغییر شکل های بسیار کوچک فرو می ریزد. به طور طبیعی، چنین تقسیم بندی بسیار دلخواه است، زیرا هر ماده، بسته به شرایط ایجاد شده، می تواند هم به عنوان شکننده و هم انعطاف پذیر رفتار کند. این به ماهیت وضعیت تنش، دما، نرخ کرنش و سایر عوامل بستگی دارد.
ویژگی های مکانیکی مواد در کشش و فشردگی هم برای شکل پذیری و هم برای شکننده بودن گویا است. به عنوان مثال، فولاد نرم در کشش آزمایش می شود، در حالی که چدن در فشار آزمایش می شود. چدن شکننده است، فولاد انعطاف پذیر است. مواد شکننده استحکام فشاری بیشتری دارند، در حالی که تغییر شکل کششی بدتر است. پلاستیک تقریباً دارای مشخصات مکانیکی یکسانی با مواد در فشار و کشش است. با این حال، آستانه آنها هنوز با کشش تعیین می شود. این روش ها هستند که می توانند مشخصات مکانیکی مواد را با دقت بیشتری تعیین کنند. نمودار کشش و فشار در تصاویر این مقاله نشان داده شده است.
شکنندگی و انعطاف پذیری
انعطاف پذیری و شکنندگی چیست؟ اولین مورد توانایی فروپاشی نیست، دریافت تغییر شکل های باقی مانده در مقادیر زیاد. این ویژگی برای مهمترین عملیات تکنولوژیکی تعیین کننده است. خم کردن، کشیدن، کشیدن، مهر زنی و بسیاری از عملیات های دیگر به ویژگی های پلاستیسیته بستگی دارد. مواد قابل انعطاف عبارتند از مس آنیل شده، برنج، آلومینیوم، فولاد نرم، طلا و مانند آن. برنز انعطاف پذیر بسیار کمترو دورال تقریباً همه فولادهای آلیاژی انعطاف پذیری بسیار ضعیفی دارند.
ویژگی های استحکام مواد پلاستیکی با استحکام تسلیم مقایسه شده است که در زیر مورد بحث قرار خواهد گرفت. خواص شکنندگی و انعطاف پذیری تا حد زیادی تحت تأثیر دما و نرخ بارگذاری است. کشش سریع مواد را شکننده می کند، در حالی که کشش آهسته آن را انعطاف پذیر می کند. به عنوان مثال، شیشه یک ماده شکننده است، اما اگر دما نرمال باشد، می تواند بار طولانی مدت را تحمل کند، یعنی خاصیت پلاستیسیته را نشان دهد. و فولاد نرم انعطاف پذیر است، اما تحت بار ضربه ای به عنوان یک ماده شکننده به نظر می رسد.
روش تغییر
مشخصات فیزیکی و مکانیکی مواد با تحریک ارتعاشات طولی، خمشی، پیچشی و سایر ارتعاشات حتی پیچیده تر تعیین می شود و بسته به اندازه نمونه ها، شکل ها، انواع گیرنده و تحریک کننده، روش ها تعیین می شود. چفت و بست و طرح هایی برای اعمال بارهای دینامیکی. در صورتی که روش کاربرد در روش های اعمال بار، برانگیختن ارتعاشات و ثبت آنها تغییر قابل ملاحظه ای داشته باشد، محصولات سایز بزرگ نیز با استفاده از این روش مورد آزمایش قرار می گیرند. از همین روش برای تعیین خصوصیات مکانیکی مواد در مواقعی که ارزیابی صلبیت سازه‌های بزرگ ضروری است استفاده می‌شود. با این حال، این روش برای تعیین محلی ویژگی های مواد در یک محصول استفاده نمی شود. کاربرد عملی این تکنیک تنها زمانی امکان پذیر است که ابعاد هندسی و چگالی مشخص باشد، زمانی که امکان تثبیت محصول بر روی تکیه گاه ها و بر رویمحصول - مبدل‌ها، شرایط دمایی خاصی مورد نیاز است، و غیره.
به عنوان مثال، هنگام تغییر رژیم های دما، یک یا آن تغییر رخ می دهد، ویژگی های مکانیکی مواد در هنگام گرم شدن متفاوت می شود. تقریباً همه بدنها در این شرایط منبسط می شوند که بر ساختار آنها تأثیر می گذارد. هر جسم دارای ویژگی های مکانیکی خاصی از موادی است که از آن تشکیل شده است. اگر این خصوصیات در همه جهات تغییر نکنند و ثابت بمانند، چنین جسمی ایزوتروپیک نامیده می شود. اگر مشخصات فیزیکی و مکانیکی مواد تغییر کند - ناهمسانگرد. مورد دوم یک ویژگی مشخصه تقریباً همه مواد است، فقط به میزان متفاوت. اما برای مثال فولادهایی وجود دارند که ناهمسانگردی در آنها بسیار ناچیز است. بیشتر در مواد طبیعی مانند چوب مشخص می شود. در شرایط تولید، ویژگی های مکانیکی مواد از طریق کنترل کیفیت تعیین می شود، جایی که از GOST های مختلف استفاده می شود. برآورد ناهمگونی از پردازش آماری زمانی که نتایج آزمون خلاصه می شود به دست می آید. نمونه ها باید زیاد بوده و از طرحی خاص بریده شوند. این روش برای به دست آوردن ویژگی های تکنولوژیکی بسیار پر زحمت در نظر گرفته می شود.
روش آکوستیک
روشهای آکوستیک زیادی برای تعیین خواص مکانیکی مواد و ویژگی‌های آنها وجود دارد و همه آنها در نحوه ورود، دریافت و ثبت نوسانات در حالت‌های سینوسی و پالسی متفاوت هستند.روش های صوتی در مطالعه، به عنوان مثال، مصالح ساختمانی، ضخامت و حالت کشش آنها، در هنگام تشخیص عیب استفاده می شود. مشخصات مکانیکی مصالح سازه ای نیز با استفاده از روش های آکوستیک تعیین می شود. دستگاه های صوتی مختلف الکترونیکی متعددی در حال حاضر در حال توسعه و تولید انبوه هستند که امکان ثبت امواج الاستیک، پارامترهای انتشار آنها را هم در حالت سینوسی و هم در حالت پالسی فراهم می کند. بر اساس آنها، ویژگی های مکانیکی استحکام مواد تعیین می شود. اگر از نوسانات الاستیک با شدت کم استفاده شود، این روش کاملاً ایمن می شود.
عیب روش آکوستیک نیاز به تماس صوتی است که همیشه امکان پذیر نیست. بنابراین، در صورت نیاز فوری به دستیابی به مشخصات مکانیکی استحکام مواد، این کارها چندان سازنده نیستند. نتیجه به شدت تحت تأثیر وضعیت سطح، اشکال هندسی و ابعاد محصول مورد مطالعه و همچنین محیطی است که آزمایش ها در آن انجام می شود. برای غلبه بر این مشکلات، یک مشکل خاص باید با یک روش آکوستیک کاملاً تعریف شده حل شود یا برعکس، چندین مورد از آنها را به طور همزمان مورد استفاده قرار داد، این بستگی به موقعیت خاص دارد. به عنوان مثال، فایبرگلاس به خوبی برای چنین مطالعه ای مناسب است، زیرا سرعت انتشار امواج الاستیک خوب است، و در نتیجه صدای انتها به انتها به طور گسترده ای استفاده می شود، زمانی که گیرنده و فرستنده بر روی سطوح مخالف نمونه قرار دارند.
Defectoscopy
روش های عیب سنجی برای کنترل کیفیت مواد در صنایع مختلف استفاده می شود. روش های غیر مخرب و مخرب وجود دارد. غیر مخرب شامل موارد زیر است.
1. تشخیص عیب مغناطیسی برای تعیین ترک های سطحی و عدم نفوذ استفاده می شود. مناطقی که چنین نقص هایی دارند با مزارع سرگردان مشخص می شوند. شما می توانید آنها را با دستگاه های مخصوص تشخیص دهید یا به سادگی یک لایه پودر مغناطیسی را روی کل سطح اعمال کنید. در جاهای ایراد، محل پودر حتی در صورت استفاده تغییر می کند.
2. عیب یابی نیز با کمک سونوگرافی انجام می شود. پرتو جهت دار به طور متفاوتی منعکس می شود (پراکنده می شود)، حتی اگر هر گونه ناپیوستگی در عمق نمونه وجود داشته باشد.
3. عیوب در مواد به خوبی با روش تحقیق تابش نشان داده شده است، بر اساس تفاوت در جذب تابش توسط یک محیط با چگالی متفاوت. تشخیص نقص گاما و اشعه ایکس استفاده می شود.
4. تشخیص نقص شیمیایی اگر سطح با محلول ضعیف اسید نیتریک، اسید هیدروکلریک یا مخلوطی از آنها (آکوا رژیا) حک شود، در مکان هایی که نقص وجود دارد، شبکه ای به شکل نوارهای سیاه ظاهر می شود. می توانید روشی را اعمال کنید که در آن پرینت های گوگردی حذف می شوند. در جاهایی که مواد ناهمگن هستند، گوگرد باید تغییر رنگ دهد.
روش های مخرب
روش های مخرب در اینجا تا حدی برچیده شده اند. نمونه ها برای خمش، فشار، کشش آزمایش می شوند، یعنی از روش های تخریب استاتیک استفاده می شود. اگر محصولبا بارهای چرخه ای متغیر در خمش ضربه آزمایش می شوند - خواص دینامیکی تعیین می شود. روش های ماکروسکوپی تصویری کلی از ساختار مواد و در حجم های زیاد ترسیم می کنند. برای چنین مطالعه ای به نمونه های صیقلی مخصوصی نیاز است که در معرض اچینگ قرار می گیرند. بنابراین، می توان شکل و چینش دانه ها را شناسایی کرد، به عنوان مثال، در فولاد، وجود کریستال های با تغییر شکل، الیاف، پوسته، حباب، ترک و سایر ناهمگنی های آلیاژ.
روش های میکروسکوپی ریزساختار را مطالعه می کنند و کوچکترین عیوب را آشکار می کنند. نمونه ها ابتدا آسیاب می شوند، صیقل داده می شوند و سپس به همان روش اچ می شوند. آزمایش های بیشتر شامل استفاده از میکروسکوپ های الکتریکی و نوری و تجزیه و تحلیل پراش اشعه ایکس است. اساس این روش تداخل پرتوهایی است که توسط اتم های یک ماده پراکنده می شوند. ویژگی های ماده با تجزیه و تحلیل الگوی پراش اشعه ایکس کنترل می شود. ویژگی های مکانیکی مواد استحکام آنها را تعیین می کند، که مهمترین چیز برای سازه های ساختمانی است که قابل اعتماد و ایمن هستند. بنابراین، این ماده با دقت و با روشهای مختلف در تمامی شرایطی که قادر به پذیرش بدون از دست دادن سطح بالایی از ویژگی‌های مکانیکی باشد، آزمایش می‌شود.
روشهای کنترل
برای انجام آزمایش های غیرمخرب ویژگی های مواد، انتخاب صحیح روش های موثر از اهمیت بالایی برخوردار است. دقیق ترین و جالب ترین در این زمینه روش های تشخیص عیب - کنترل نقص است. در اینجا لازم است تفاوت بین روش های اجرای روش های تشخیص عیب و روش های تعیین فیزیکی را بشناسیم و درک کنیم.ویژگی های مکانیکی، زیرا آنها اساساً با یکدیگر متفاوت هستند. اگر دومی بر اساس کنترل پارامترهای فیزیکی و همبستگی بعدی آنها با ویژگی های مکانیکی ماده باشد، تشخیص عیب بر اساس تبدیل مستقیم تشعشعی است که از یک نقص منعکس شده یا از یک محیط کنترل شده عبور می کند.
البته بهترین چیز کنترل پیچیده است. پیچیدگی در تعیین پارامترهای فیزیکی بهینه نهفته است که می توان از آن برای شناسایی استحکام و سایر مشخصات فیزیکی و مکانیکی نمونه استفاده کرد. و همچنین، در همان زمان، مجموعه ای از وسایل بهینه برای کنترل عیوب سازه ای توسعه یافته و سپس اجرا می شود. و در نهایت، یک ارزیابی جامع از این ماده ظاهر می شود: عملکرد آن توسط طیف وسیعی از پارامترها تعیین می شود که به تعیین روش های غیر مخرب کمک می کند.
آزمایش مکانیکی
خواص مکانیکی مواد با کمک این آزمایشات آزمایش و ارزیابی می شود. این نوع کنترل مدت ها پیش ظاهر شد، اما هنوز ارتباط خود را از دست نداده است. حتی مواد با تکنولوژی پیشرفته مدرن اغلب و به شدت توسط مصرف کنندگان مورد انتقاد قرار می گیرند. و این نشان می دهد که معاینات باید با دقت بیشتری انجام شود. همانطور که قبلا ذکر شد، تست های مکانیکی را می توان به دو نوع استاتیک و دینامیک تقسیم کرد. اولی محصول یا نمونه را از نظر پیچش، کشش، فشار، خمش، و دومی از نظر سختی و استحکام ضربه بررسی می کند. تجهیزات مدرن به انجام این روش های نه چندان ساده با کیفیت بالا و شناسایی تمام مشکلات عملیاتی کمک می کند.خواص این ماده.
آزمایش کشش می تواند مقاومت یک ماده را در برابر اثرات تنش کششی ثابت یا افزایشی اعمال شده نشان دهد. این روش قدیمی، آزمایش شده و قابل درک است، برای مدت طولانی استفاده می شود و هنوز هم به طور گسترده استفاده می شود. نمونه در امتداد محور طولی با استفاده از یک فیکسچر در دستگاه آزمایش کشیده می شود. میزان کشش نمونه ثابت است، بار توسط یک سنسور مخصوص اندازه گیری می شود. در عین حال، ازدیاد طول و همچنین مطابقت آن با بار اعمال شده نظارت می شود. نتایج چنین آزمایش‌هایی برای طراحی‌های جدید بسیار مفید است، زیرا هنوز هیچ‌کس نمی‌داند که آنها تحت بار چگونه رفتار خواهند کرد. فقط شناسایی تمام پارامترهای کشسانی ماده می تواند پیشنهاد دهد. حداکثر تنش - استحکام تسلیم حداکثر باری را که یک ماده معین می تواند تحمل کند را تعیین می کند. این به محاسبه حاشیه ایمنی کمک می کند.
تست سختی
سفتی ماده از مدول الاستیسیته محاسبه می شود. ترکیب سیالیت و سختی به تعیین خاصیت ارتجاعی مواد کمک می کند. اگر فرآیند فناوری شامل عملیاتی مانند برش زدن، نورد کردن، فشار دادن باشد، به سادگی لازم است که میزان تغییر شکل پلاستیکی احتمالی را بدانیم. با پلاستیسیته بالا، این ماده می تواند هر شکلی را تحت بار مناسب به خود بگیرد. تست فشرده سازی همچنین می تواند به عنوان روشی برای تعیین حاشیه ایمنی عمل کند. به خصوص اگر مواد شکننده باشد.
سختی با استفاده از آزمایش می شودIdentator که از مواد بسیار سخت تری ساخته شده است. بیشتر اوقات، این آزمایش با توجه به روش برینل (یک توپ فشرده می شود)، ویکرز (یک شناسه هرمی شکل) یا راکول (یک مخروط استفاده می شود) انجام می شود. یک شناسه با نیروی معینی برای مدت زمان معینی به سطح ماده فشار داده می شود و سپس اثر باقی مانده بر روی نمونه مورد مطالعه قرار می گیرد. آزمایش‌های نسبتاً گسترده دیگری نیز وجود دارد: برای مقاومت در برابر ضربه، برای مثال، زمانی که مقاومت یک ماده در لحظه اعمال بار ارزیابی می‌شود.
