כדי להעריך את מאפייני הביצועים של מוצרים ולקבוע את המאפיינים הפיזיים והמכאניים של חומרים, נעשה שימוש בהוראות שונות, GOSTs ומסמכים רגולטוריים ומייעצים אחרים. כמו כן, מומלצות שיטות לבדיקת הרס של סדרה שלמה של מוצרים או דוגמאות מאותו סוג חומר. זו לא שיטה חסכונית במיוחד, אבל היא יעילה.
הגדרת מאפיינים
המאפיינים העיקריים של התכונות המכניות של חומרים הם כדלקמן.
1. חוזק מתיחה או חוזק מתיחה - אותו כוח מאמץ שנקבע בעומס הגבוה ביותר לפני השמדת המדגם. המאפיינים המכניים של החוזק והפלסטיות של חומרים מתארים את התכונות של מוצקים להתנגד לשינויים בלתי הפיכים בצורה והרס בהשפעת עומסים חיצוניים.
2. חוזק התשואה המותנה הוא הלחץ כאשר המתח השיורי מגיע ל-0.2% מאורך המדגם. זההכי פחות מתח בזמן שהדגימה ממשיכה להתעוות ללא עלייה ניכרת במתח.
3. הגבול של חוזק לטווח ארוך נקרא הלחץ הגדול ביותר, בטמפרטורה נתונה, הגורם להרס של המדגם למשך זמן מסוים. קביעת המאפיינים המכניים של חומרים מתמקדת ביחידות האולטימטיביות של חוזק לטווח ארוך - הרס מתרחש ב-7,000 מעלות צלזיוס תוך 100 שעות.
4. גבול הזחילה המותנה הוא הלחץ שגורם בטמפרטורה נתונה למשך זמן מסוים בדגימה להתארכות נתונה, כמו גם לקצב הזחילה. הגבול הוא עיוות המתכת למשך 100 שעות ב-7,000 מעלות צלזיוס ב-0.2%. זחילה היא קצב מסוים של דפורמציה של מתכות תחת עומס קבוע וטמפרטורה גבוהה במשך זמן רב. עמידות בחום היא העמידות של חומר בפני שבר וזחילה.
5. גבול העייפות הוא הערך הגבוה ביותר של מתח המחזור כאשר לא מתרחש כשל עייפות. מספר מחזורי הטעינה יכול להיות נתון או שרירותי, בהתאם לאופן שבו מתוכננת הבדיקה המכנית של חומרים. מאפיינים מכניים כוללים עייפות וסיבולת החומר. תחת הפעולה של עומסים במחזור, נזק מצטבר, נוצרים סדקים, המובילים להרס. זו עייפות. ותכונת ההתנגדות לעייפות היא סיבולת.
להתמתח ולהתכווץ
חומרים המשמשים בהנדסההתרגול מתחלק לשתי קבוצות. הראשון הוא פלסטיק, שלצורך הרס שלו חייבים להופיע עיוותים שיוריים משמעותיים, השני שביר, מתמוטט בעיוותים קטנים מאוד. מטבע הדברים, חלוקה כזו היא שרירותית מאוד, כי כל חומר, בהתאם לתנאים שנוצרו, יכול להתנהג הן כשביר והן כרקיע. זה תלוי באופי מצב הלחץ, הטמפרטורה, קצב המתח וגורמים אחרים.
המאפיינים המכניים של חומרים במתח ובדחיסה הם רהוטים עבור רקיעים ושבירים. לדוגמה, פלדה עדינה נבדקת במתח, בעוד ברזל יצוק נבדק בדחיסה. ברזל יצוק שביר, פלדה רקיעה. לחומרים שבירים יש חוזק לחיצה גדול יותר, בעוד עיוות מתיחה גרוע יותר. לפלסטיק יש בערך אותם מאפיינים מכניים של חומרים בדחיסה ובמתח. עם זאת, הסף שלהם עדיין נקבע על ידי מתיחה. שיטות אלה יכולות לקבוע בצורה מדויקת יותר את המאפיינים המכניים של חומרים. דיאגרמת המתח והדחיסה מוצגת באיורים של מאמר זה.
שבריריות וגמישות
מהי פלסטיות ושבריריות? הראשון הוא היכולת לא להתמוטט, קבלת עיוותים שיוריים בכמויות גדולות. נכס זה הוא מכריע עבור הפעולות הטכנולוגיות החשובות ביותר. כיפוף, ציור, ציור, הטבעה ופעולות רבות אחרות תלויות במאפייני הפלסטיות. חומרים גמישים כוללים נחושת מחושלת, פליז, אלומיניום, פלדה עדינה, זהב וכדומה. הרבה פחות ברונזה רקיעודוראל. כמעט כל הפלדות הסגסוגות הן עדינות מאוד חלש.
מאפייני החוזק של חומרים פלסטיים מושווים לחוזק התפוקה, עליו נדון להלן. תכונות השבריריות והפלסטיות מושפעות במידה רבה מהטמפרטורה וקצב הטעינה. מתח מהיר הופך את החומר לשביר, בעוד מתח איטי הופך אותו לגמיש. לדוגמה, זכוכית היא חומר שביר, אבל זה יכול לעמוד בעומס לטווח ארוך אם הטמפרטורה היא נורמלית, כלומר, זה מראה את המאפיינים של פלסטיות. ופלדה עדינה היא רקיעה, אבל תחת עומס הלם היא נראית כחומר שביר.
שיטת וריאציה
מאפיינים פיזיקו-מכניים של חומרים נקבעים על ידי עירור של תנודות אורכיות, כיפוף, פיתול ואחרות, מורכבות עוד יותר, ובהתאם לגודל הדגימות, צורות, סוגי מקלט ומעורר, שיטות של הידוק ותכניות להפעלת עומסים דינמיים. גם מוצרים במידות גדולות כפופים לבדיקה בשיטה זו, אם שיטת היישום בשיטות הפעלת העומס, עירור רעידות ורישוםן שונה משמעותית. אותה שיטה משמשת לקביעת המאפיינים המכניים של חומרים כאשר יש צורך להעריך את הקשיחות של מבנים בגודל גדול. עם זאת, שיטה זו אינה משמשת לקביעה מקומית של מאפייני החומר במוצר. היישום המעשי של הטכניקה אפשרי רק כאשר הממדים והצפיפות הגיאומטריים ידועים, כאשר ניתן לתקן את המוצר על תומכים, ועלמוצר - יש צורך בממירים, תנאי טמפרטורה מסוימים וכו'.
לדוגמה, כאשר משנים משטרי טמפרטורה, מתרחש שינוי כזה או אחר, המאפיינים המכניים של חומרים משתנים בעת חימום. כמעט כל הגופים מתרחבים בתנאים אלה, מה שמשפיע על המבנה שלהם. לכל גוף יש מאפיינים מכניים מסוימים של החומרים מהם הוא מורכב. אם המאפיינים הללו אינם משתנים לכל הכיוונים ונשארים זהים, גוף כזה נקרא איזוטרופי. אם המאפיינים הפיזיים והמכאניים של חומרים משתנים - אנזוטרופיים. האחרון הוא מאפיין אופייני כמעט לכל החומרים, רק במידה שונה. אבל יש, למשל, פלדות, שבהן האניזוטרופיה היא מאוד לא משמעותית. זה בולט ביותר בחומרים טבעיים כמו עץ. בתנאי ייצור, המאפיינים המכניים של החומרים נקבעים באמצעות בקרת איכות, שבה נעשה שימוש ב-GOSTs שונים. אומדן של הטרוגניות מתקבל מעיבוד סטטיסטי כאשר תוצאות הבדיקה מסוכמות. דגימות צריכות להיות רבות ולחתוך מעיצוב ספציפי. שיטה זו להשגת מאפיינים טכנולוגיים נחשבת לעמלנית למדי.
שיטה אקוסטית
יש הרבה שיטות אקוסטיות לקביעת התכונות המכניות של חומרים ומאפייניהם, וכולן נבדלות בדרכי הקלט, הקליטה והרישום של תנודות במצבי סינוס ופולסים.נעשה שימוש בשיטות אקוסטיות במחקר, למשל, של חומרי בניין, עובים ומצב המתח שלהם, במהלך גילוי פגמים. המאפיינים המכניים של חומרים מבניים נקבעים גם בשיטות אקוסטיות. מכשירים אקוסטיים אלקטרוניים רבים כבר מפותחים וייצור המוני, המאפשרים הקלטה של גלים אלסטיים, פרמטרי התפשטותם הן במצב סינוסואיד והן במצב פולס. על בסיסם, המאפיינים המכניים של חוזק החומרים נקבעים. אם נעשה שימוש בתנודות אלסטיות בעוצמה נמוכה, שיטה זו הופכת בטוחה לחלוטין.
החיסרון בשיטה האקוסטית הוא הצורך במגע אקוסטי, שלא תמיד אפשרי. לכן, עבודות אלה אינן פרודוקטיביות במיוחד אם יש צורך להשיג בדחיפות את המאפיינים המכניים של חוזק החומרים. התוצאה מושפעת מאוד ממצב המשטח, הצורות והמידות הגיאומטריות של המוצר הנבדק וכן מהסביבה שבה מבוצעות הבדיקות. כדי להתגבר על קשיים אלה, יש לפתור בעיה ספציפית בשיטה אקוסטית מוגדרת בקפדנות, או להיפך, יש להשתמש בכמה מהם בבת אחת, זה תלוי במצב הספציפי. לדוגמה, פיברגלס מתאים למחקר כזה, שכן מהירות ההתפשטות של גלים אלסטיים טובה, ולכן נעשה שימוש נרחב בצלילים מקצה לקצה, כאשר המקלט והפולט ממוקמים על משטחים מנוגדים של הדגימה.
Defectoscopy
שיטות דפקטוסקופיה משמשות לבקרת איכות החומרים בתעשיות שונות. ישנן שיטות לא הרסניות והרסניות. לא הרסני כוללים את הדברים הבאים.
1. זיהוי פגמים מגנטיים משמש לקביעת סדקים פני השטח וחוסר חדירה. אזורים שיש בהם פגמים כאלה מאופיינים בשדות תועים. אתה יכול לזהות אותם עם מכשירים מיוחדים או פשוט למרוח שכבה של אבקה מגנטית על פני השטח כולו. במקומות של פגמים, מיקום האבקה ישתנה גם בעת יישום.
2. Defectoscopy מתבצעת גם בעזרת אולטרסאונד. אלומת הכיוון תשתקף (תפזר) בצורה שונה, גם אם יש אי רציפות כלשהן בעומק המדגם.
3. פגמים בחומר מוצגים היטב על ידי שיטת הקרינה של המחקר, המבוססת על ההבדל בקליטת הקרינה על ידי מדיום בעל צפיפות שונה. נעשה שימוש בזיהוי פגמי גמא וקרני רנטגן.
4. איתור פגמים כימיים. אם פני השטח נחרטים בתמיסה חלשה של חומצה חנקתית, חומצה הידרוכלורית או תערובת שלהם (aqua regia), אז במקומות שבהם יש פגמים, מופיעה רשת בצורה של פסים שחורים. ניתן ליישם שיטה שבה מסירים הדפסי גופרית. במקומות שבהם החומר אינו הומוגני, גופרית צריכה לשנות את צבעו.
שיטות הרסניות
שיטות הרסניות כבר מפורקות חלקית כאן. דגימות נבדקות עבור כיפוף, דחיסה, מתח, כלומר, נעשה שימוש בשיטות הרס סטטי. אם המוצרנבדקים עם עומסים מחזוריים משתנים על כיפוף השפעה - נקבעים מאפיינים דינמיים. שיטות מקרוסקופיות מציירות תמונה כללית של מבנה החומר ובנפחים גדולים. לצורך מחקר כזה יש צורך בדגימות מלוטשות במיוחד, הנתונות לחריטה. אז אפשר לזהות את הצורה והסידור של גרגירים, למשל בפלדה, נוכחות של גבישים עם דפורמציה, סיבים, קונכיות, בועות, סדקים ואי-הומוגניות אחרות של הסגסוגת.
שיטות מיקרוסקופיות לומדות את המיקרו-מבנה וחושפות את הפגמים הקטנים ביותר. דגימות טחונות מראש, מלוטשות ואז חרוטות באותו אופן. בדיקה נוספת כוללת שימוש במיקרוסקופים חשמליים ואופטיים וניתוח עקיפה של קרני רנטגן. הבסיס של שיטה זו הוא הפרעה של קרניים המפוזרות על ידי אטומים של חומר. מאפייני החומר נשלטים על ידי ניתוח דפוס עקיפה של קרני רנטגן. המאפיינים המכניים של החומרים קובעים את חוזקם, שהוא הדבר העיקרי לבניית מבנים אמינים ובטוחים בפעולה. לכן, החומר נבדק בקפידה ובשיטות שונות בכל התנאים שהוא מסוגל לקבל מבלי לאבד רמה גבוהה של מאפיינים מכניים.
שיטות בקרה
לביצוע בדיקות לא הרסניות של מאפייני החומרים, ישנה חשיבות רבה לבחירה הנכונה של שיטות יעילות. המדויקות והמעניינים ביותר בהקשר זה הן שיטות זיהוי הפגמים - בקרת פגמים. כאן יש צורך להכיר ולהבין את ההבדלים בין שיטות ליישום שיטות זיהוי פגמים לבין שיטות לקביעת הפיזימאפיינים מכניים, שכן הם שונים זה מזה באופן מהותי. אם האחרונים מבוססים על בקרת פרמטרים פיזיקליים ומתאם לאחר מכן עם המאפיינים המכניים של החומר, אזי איתור הפגמים מבוסס על המרה ישירה של קרינה המוחזרת מפגם או עוברת דרך סביבה מבוקרת.
הדבר הטוב ביותר, כמובן, הוא שליטה מורכבת. המורכבות טמונה בקביעת הפרמטרים הפיזיקליים האופטימליים, שניתן להשתמש בהם כדי לזהות את החוזק ומאפיינים פיזיים ומכאניים אחרים של המדגם. כמו כן, במקביל, מפותח מערכת אופטימלית של אמצעים לבקרת פגמים מבניים ולאחר מכן מיושם. ולבסוף, מופיעה הערכה אינטגרלית של החומר הזה: הביצועים שלו נקבעים על ידי מגוון שלם של פרמטרים שעזרו לקבוע שיטות לא הרסניות.
בדיקות מכניות
תכונות מכניות של חומרים נבדקות ומוערכות בעזרת בדיקות אלו. סוג זה של שליטה הופיע לפני זמן רב, אך עדיין לא איבד את הרלוונטיות שלו. אפילו חומרי היי-טק מודרניים זוכים לביקורת קשה מצד הצרכנים. וזה מצביע על כך שיש לבצע את הבדיקות בזהירות רבה יותר. כפי שכבר הוזכר, ניתן לחלק מבחנים מכניים לשני סוגים: סטטי ודינמי. הראשונים בודקים את המוצר או המדגם עבור פיתול, מתח, דחיסה, כיפוף, והאחרונים עבור קשיות וחוזק השפעה. ציוד מודרני מסייע לבצע את ההליכים הלא פשוטים הללו באיכות גבוהה ולזהות את כל הבעיות התפעוליות.תכונות של חומר זה.
בדיקת מתח יכולה לחשוף את ההתנגדות של חומר להשפעות של לחץ מתיחה קבוע או הולך וגובר. השיטה ישנה, בדוקה ומובנת, בשימוש זמן רב מאוד ועדיין נמצא בשימוש נרחב. הדוגמה נמתחת לאורך ציר האורך באמצעות מתקן במכונת הבדיקה. קצב המתיחה של המדגם הוא קבוע, העומס נמדד על ידי חיישן מיוחד. במקביל, מנוטרת ההתארכות, כמו גם עמידתה בעומס המופעל. התוצאות של בדיקות כאלה שימושיות ביותר אם יש ליצור עיצובים חדשים, שכן אף אחד עדיין לא יודע איך הם יתנהגו תחת עומס. רק זיהוי כל הפרמטרים של גמישות החומר יכול להציע. מתח מרבי - חוזק התפוקה הופך את ההגדרה של העומס המרבי שחומר נתון יכול לעמוד בו. זה יעזור לחשב את מרווח הבטיחות.
מבחן קשיות
הקשיחות של החומר מחושבת ממודלוס האלסטיות. השילוב של נזילות וקשיות עוזר לקבוע את גמישות החומר. אם התהליך הטכנולוגי מכיל פעולות כגון גזירה, גלגול, לחיצה, אז זה פשוט הכרחי לדעת את גודל העיוות הפלסטי האפשרי. עם פלסטיות גבוהה, החומר יוכל לקבל כל צורה תחת העומס המתאים. בדיקת דחיסה יכולה לשמש גם כשיטה לקביעת מרווח הבטיחות. במיוחד אם החומר שביר.
הקשיות נבדקת באמצעותIdentator, שעשוי מחומר הרבה יותר קשה. לרוב, בדיקה זו מתבצעת לפי שיטת ברינל (לוחצים כדור פנימה), ויקרס (מזהה בצורת פירמידה) או רוקוול (משתמשים בקונוס). מזהה נלחץ לתוך פני החומר בכוח מסוים למשך פרק זמן מסוים, ולאחר מכן חוקרים את ההטבעה שנותרה על המדגם. יש עוד בדיקות בשימוש נרחב למדי: לחוזק פגיעה, למשל, כאשר ההתנגדות של חומר מוערכת ברגע הפעלת העומס.
