Để đánh giá các đặc tính hoạt động của sản phẩm và xác định các đặc tính cơ lý của vật liệu, các hướng dẫn khác nhau, GOST và các tài liệu quy định và tư vấn khác được sử dụng. Các phương pháp thử phá hủy toàn bộ một loạt sản phẩm hoặc các mẫu của cùng một loại vật liệu cũng được khuyến nghị. Đây không phải là một phương pháp quá tiết kiệm, nhưng nó hiệu quả.
Định nghĩa các đặc điểm
Các đặc điểm chính của tính chất cơ học của vật liệu như sau.
1. Độ bền kéo hoặc độ bền kéo - lực ứng suất được cố định ở tải cao nhất trước khi phá hủy mẫu. Các đặc tính cơ học về độ bền và độ dẻo của vật liệu mô tả các đặc tính của chất rắn để chống lại những thay đổi không thể đảo ngược về hình dạng và sự phá hủy dưới tác động của tải trọng bên ngoài.
2. Cường độ chảy có điều kiện là ứng suất khi biến dạng dư đạt 0,2% chiều dài mẫu. Đây làứng suất ít nhất trong khi mẫu tiếp tục biến dạng mà không có sự gia tăng đáng kể về ứng suất.
3. Giới hạn của cường độ dài hạn được gọi là ứng suất lớn nhất, ở một nhiệt độ nhất định, gây ra sự phá hủy mẫu trong một thời gian nhất định. Việc xác định các đặc tính cơ học của vật liệu tập trung vào các đơn vị cuối cùng của độ bền lâu dài - sự phá hủy xảy ra ở 7.000 độ C trong 100 giờ.
4. Giới hạn độ rão có điều kiện là ứng suất gây ra ở một nhiệt độ nhất định trong một thời gian nhất định trong mẫu thử một độ giãn dài nhất định, cũng như tốc độ rão. Giới hạn là độ biến dạng của kim loại trong 100 giờ ở 7.000 độ C là 0,2%. Creep là tốc độ biến dạng nhất định của kim loại khi chịu tải trọng liên tục và nhiệt độ cao trong thời gian dài. Khả năng chịu nhiệt là khả năng chống đứt gãy và rão của vật liệu.
5. Giới hạn mỏi là giá trị cao nhất của ứng suất chu kỳ khi không xảy ra sự cố mỏi. Số lượng chu kỳ gia tải có thể được đưa ra hoặc tùy ý, tùy thuộc vào cách thức lập kế hoạch thử nghiệm cơ học của vật liệu. Các đặc tính cơ học bao gồm độ bền và độ bền của vật liệu. Dưới tác dụng của tải trọng trong chu trình, hư hỏng tích tụ, hình thành các vết nứt, dẫn đến phá hủy. Đây là sự mệt mỏi. Và đặc tính chống mệt mỏi là sức bền.
Căng và thu nhỏ
Vật liệu sử dụng trong kỹ thuậtthực hành được chia thành hai nhóm. Loại thứ nhất là chất dẻo, để phá hủy trong đó phải xuất hiện các biến dạng dư đáng kể, loại thứ hai là giòn, sụp đổ ở các biến dạng rất nhỏ. Đương nhiên, sự phân chia như vậy là rất tùy tiện, bởi vì mỗi vật liệu, tùy thuộc vào các điều kiện tạo ra, có thể hoạt động như giòn và dẻo. Nó phụ thuộc vào bản chất của trạng thái ứng suất, nhiệt độ, tốc độ biến dạng và các yếu tố khác.
Các đặc tính cơ học của vật liệu ở trạng thái căng và nén là hùng hồn cho cả tính dẻo và giòn. Ví dụ, thép nhẹ được thử nghiệm ở độ căng, trong khi gang được thử nghiệm ở độ nén. Gang giòn, thép dễ uốn. Vật liệu giòn có cường độ nén lớn hơn, trong khi biến dạng kéo kém hơn. Chất dẻo có các đặc tính cơ học gần giống nhau của vật liệu ở độ nén và lực căng. Tuy nhiên, ngưỡng của chúng vẫn được xác định bằng cách kéo giãn. Chính những phương pháp này có thể xác định chính xác hơn các đặc tính cơ học của vật liệu. Biểu đồ lực căng và nén được thể hiện trong hình minh họa cho bài viết này.
Dễ vỡ và dẻo
Tính dẻo và dễ vỡ là gì? Thứ nhất là khả năng không bị xẹp, nhận biến dạng dư với số lượng lớn. Tính chất này có tính quyết định đối với các hoạt động công nghệ quan trọng nhất. Uốn, kéo, kéo, dập và nhiều hoạt động khác phụ thuộc vào đặc tính của độ dẻo. Vật liệu dễ uốn bao gồm đồng được ủ, đồng thau, nhôm, thép nhẹ, vàng, và các loại tương tự. Đồng kém dẻo hơn nhiềuvà màng cứng. Hầu hết tất cả các loại thép hợp kim đều rất dễ uốn.
Các đặc tính sức bền của vật liệu nhựa được so sánh với độ bền chảy, sẽ được thảo luận bên dưới. Các tính chất của độ giòn và độ dẻo bị ảnh hưởng rất nhiều bởi nhiệt độ và tốc độ gia tải. Lực căng nhanh làm cho vật liệu trở nên giòn, trong khi sức căng chậm làm cho vật liệu dễ uốn. Ví dụ, thủy tinh là vật liệu giòn, nhưng nó có thể chịu tải trong thời gian dài nếu ở nhiệt độ bình thường, tức là nó thể hiện tính chất dẻo. Và thép nhẹ có tính dẻo, nhưng khi chịu tải trọng va chạm, nó xuất hiện như một vật liệu giòn.
Phương pháp biến đổi
Các đặc tính cơ-lý của vật liệu được xác định bởi kích thích của dao động dọc, uốn, xoắn và các dạng dao động khác, thậm chí phức tạp hơn, và tùy thuộc vào kích thước của mẫu, hình dạng, loại máy thu và máy kích thích, phương pháp buộc chặt và các phương án áp dụng tải động. Các sản phẩm có kích thước lớn cũng là đối tượng thử nghiệm bằng phương pháp này, nếu phương pháp áp dụng trong các phương pháp tác dụng tải trọng, kích thích dao động và đăng ký chúng bị thay đổi đáng kể. Phương pháp tương tự được sử dụng để xác định các đặc trưng cơ học của vật liệu khi cần đánh giá độ cứng của các kết cấu có kích thước lớn. Tuy nhiên, phương pháp này không được sử dụng để xác định cục bộ các đặc tính của vật liệu trong sản phẩm. Ứng dụng thực tế của kỹ thuật chỉ có thể thực hiện được khi biết kích thước hình học và mật độ, khi có thể cố định sản phẩm trên các giá đỡ và trênsản phẩm - bộ chuyển đổi, điều kiện nhiệt độ nhất định là cần thiết, v.v.
Ví dụ: khi thay đổi chế độ nhiệt độ, xảy ra sự thay đổi này hay thay đổi khác, thì các đặc tính cơ học của vật liệu trở nên khác nhau khi nung nóng. Hầu hết tất cả các cơ thể đều giãn nở trong những điều kiện này, điều này ảnh hưởng đến cấu trúc của chúng. Bất kỳ cơ thể nào cũng có những đặc tính cơ học nhất định của vật liệu cấu tạo nên nó. Nếu các đặc điểm này không thay đổi theo mọi hướng và giữ nguyên, thì vật thể như vậy được gọi là vật đẳng hướng. Nếu các đặc tính cơ lý của vật liệu thay đổi - dị hướng. Cái sau là một tính năng đặc trưng của hầu hết tất cả các vật liệu, chỉ ở một mức độ khác nhau. Nhưng có những loại thép chẳng hạn, ở đó tính dị hướng là rất không đáng kể. Nó được thể hiện rõ nét nhất trong các vật liệu tự nhiên như gỗ. Trong điều kiện sản xuất, các đặc tính cơ học của vật liệu được xác định thông qua kiểm soát chất lượng, nơi các GOST khác nhau được sử dụng. Ước tính về tính không đồng nhất thu được từ quá trình xử lý thống kê khi kết quả thử nghiệm được tóm tắt. Các mẫu phải có nhiều và được cắt từ một thiết kế cụ thể. Phương pháp thu được các đặc tính công nghệ này được coi là khá tốn công sức.
Phương pháp âm thanh
Có rất nhiều phương pháp âm học để xác định tính chất cơ học của vật liệu và đặc tính của chúng, và tất cả chúng đều khác nhau về cách nhập, nhận và đăng ký dao động ở chế độ hình sin và xung. Các phương pháp âm học được sử dụng trong nghiên cứu, ví dụ, đối với vật liệu xây dựng, độ dày và trạng thái căng của chúng, trong quá trình phát hiện lỗ hổng. Các đặc tính cơ học của vật liệu cấu trúc cũng được xác định bằng phương pháp âm học. Nhiều thiết bị âm thanh điện tử khác nhau đã được phát triển và sản xuất hàng loạt, cho phép ghi lại các sóng đàn hồi, các thông số lan truyền của chúng ở cả chế độ hình sin và xung. Trên cơ sở của chúng, các đặc tính cơ học về độ bền của vật liệu được xác định. Nếu sử dụng các dao động đàn hồi có cường độ thấp, phương pháp này trở nên an toàn tuyệt đối.
Nhược điểm của phương pháp âm học là cần phải tiếp xúc âm thanh, điều này không phải lúc nào cũng có thể thực hiện được. Do đó, các công trình này không có năng suất cao nếu cần gấp rút lấy các đặc trưng cơ học về độ bền của vật liệu. Kết quả bị ảnh hưởng rất nhiều bởi trạng thái bề mặt, hình dạng hình học và kích thước của sản phẩm được nghiên cứu, cũng như môi trường nơi các phép thử được thực hiện. Để khắc phục những khó khăn này, một vấn đề cụ thể phải được giải quyết bằng một phương pháp âm học xác định nghiêm ngặt hoặc ngược lại, một số phương pháp trong số chúng nên được sử dụng cùng một lúc, điều đó phụ thuộc vào tình huống cụ thể. Ví dụ, sợi thủy tinh có lợi cho nghiên cứu như vậy, vì vận tốc truyền của sóng đàn hồi là tốt, và do đó âm thanh từ đầu đến cuối được sử dụng rộng rãi, khi bộ thu và bộ phát được đặt trên các bề mặt đối diện của mẫu.
Nội soi khuyết tật
Phương pháp soi khuyết tật được sử dụng để kiểm soát chất lượng vật liệu trong các ngành công nghiệp khác nhau. Có các phương pháp không phá hủy và phá hủy. Không phá hủy bao gồm những điều sau đây.
1. Phát hiện lỗ hổng từ tính được sử dụng để xác định các vết nứt bề mặt và sự thiếu xuyên thấu. Các khu vực có các khuyết tật như vậy được đặc trưng bởi các trường lạc chỗ. Bạn có thể phát hiện chúng bằng các thiết bị đặc biệt hoặc đơn giản là phủ một lớp bột từ tính lên toàn bộ bề mặt. Ở những nơi có khuyết điểm, vị trí của phấn sẽ thay đổi ngay cả khi thoa.
2. Nội soi khuyết tật cũng được thực hiện với sự trợ giúp của siêu âm. Chùm tia định hướng sẽ bị phản xạ (phân tán) khác nhau, ngay cả khi có bất kỳ điểm gián đoạn nào ở sâu bên trong mẫu.
3. Các khiếm khuyết trong vật liệu được chỉ ra rõ ràng bằng phương pháp nghiên cứu bức xạ, dựa trên sự khác biệt trong sự hấp thụ bức xạ của một môi trường có mật độ khác nhau. Phát hiện lỗ hổng gamma và tia X được sử dụng.
4. Phát hiện sai sót hóa học. Nếu bề mặt được khắc bằng dung dịch axit nitric, axit clohydric yếu hoặc hỗn hợp của chúng (nước cường toan) thì ở những nơi có khuyết tật sẽ xuất hiện một mạng lưới dưới dạng các sọc đen. Bạn có thể áp dụng một phương pháp để loại bỏ các vết in bằng lưu huỳnh. Ở những nơi vật liệu không đồng nhất, lưu huỳnh sẽ đổi màu.
Phương pháp hủy diệt
Phương pháp hủy diệt đã được phá bỏ một phần ở đây. Các mẫu được kiểm tra về độ uốn, độ nén, độ căng tức là sử dụng các phương pháp phá hủy tĩnh. Nếu sản phẩmđược thử nghiệm với tải trọng chu kỳ thay đổi khi uốn do va đập - các đặc tính động lực học được xác định. Phương pháp vĩ mô vẽ một bức tranh tổng quát về cấu trúc của vật liệu và với khối lượng lớn. Đối với một nghiên cứu như vậy, các mẫu được đánh bóng đặc biệt là cần thiết, được khắc. Vì vậy, có thể xác định hình dạng và sự sắp xếp của các hạt, ví dụ, trong thép, sự hiện diện của các tinh thể bị biến dạng, sợi, vỏ, bong bóng, vết nứt và các tính không đồng nhất khác của hợp kim.
Phương pháp hiển vi nghiên cứu cấu trúc vi mô và bộc lộ những khuyết tật nhỏ nhất. Các mẫu được mài sơ bộ, đánh bóng và sau đó được khắc theo cách tương tự. Thử nghiệm sâu hơn liên quan đến việc sử dụng kính hiển vi điện và quang học và phân tích nhiễu xạ tia X. Cơ sở của phương pháp này là sự giao thoa của các tia bị phân tán bởi các nguyên tử của một chất. Các đặc tính của vật liệu được kiểm soát bằng cách phân tích mẫu nhiễu xạ tia X. Các đặc tính cơ học của vật liệu quyết định độ bền của chúng, đây là điều chính để xây dựng các cấu trúc đáng tin cậy và an toàn khi vận hành. Do đó, vật liệu được kiểm tra cẩn thận và bằng các phương pháp khác nhau trong mọi điều kiện mà nó có thể chấp nhận được mà không làm mất đi các đặc tính cơ học ở mức độ cao.
Phương pháp kiểm soát
Để tiến hành kiểm tra không phá hủy các đặc tính của vật liệu, việc lựa chọn đúng phương pháp hiệu quả là rất quan trọng. Chính xác và thú vị nhất trong vấn đề này là các phương pháp phát hiện khuyết tật - kiểm soát khuyết tật. Ở đây, cần phải biết và hiểu sự khác biệt giữa các phương pháp thực hiện các phương pháp phát hiện khuyết tật và các phương pháp xác định vật lýcác đặc tính cơ học, vì chúng khác nhau về cơ bản. Nếu sau này dựa trên việc kiểm soát các thông số vật lý và mối tương quan sau đó của chúng với các đặc tính cơ học của vật liệu, thì việc phát hiện khuyết tật dựa trên sự chuyển đổi trực tiếp của bức xạ được phản xạ từ khuyết tật hoặc đi qua một môi trường được kiểm soát.
Điều tốt nhất, tất nhiên, là kiểm soát phức tạp. Sự phức tạp nằm ở việc xác định các thông số vật lý tối ưu, có thể được sử dụng để xác định độ bền và các đặc tính cơ lý khác của mẫu. Đồng thời, một bộ phương tiện tối ưu để kiểm soát các khuyết tật kết cấu được phát triển và sau đó được thực hiện. Và, cuối cùng, một đánh giá toàn diện về vật liệu này xuất hiện: hiệu suất của nó được xác định bởi một loạt các thông số đã giúp xác định các phương pháp không phá hủy.
Kiểm tra cơ
Tính chất cơ học của vật liệu được kiểm tra và đánh giá với sự trợ giúp của các thử nghiệm này. Loại điều khiển này đã xuất hiện từ lâu, nhưng vẫn không mất đi tính liên quan. Ngay cả những vật liệu công nghệ cao hiện đại cũng thường bị người tiêu dùng chỉ trích nặng nề. Và điều này cho thấy rằng việc chấm thi cần được tiến hành cẩn thận hơn. Như đã đề cập, thử nghiệm cơ học có thể được chia thành hai loại: tĩnh và động. Đầu tiên là kiểm tra sản phẩm hoặc mẫu về độ xoắn, độ căng, độ nén, độ uốn và phần sau là độ cứng và độ bền va đập. Trang thiết bị hiện đại giúp thực hiện các quy trình không quá đơn giản này với chất lượng cao và xác định được tất cả các vấn đề vận hành.đặc tính của vật liệu này.
Kiểm tra lực căng có thể tiết lộ khả năng chống chịu của vật liệu đối với tác động của ứng suất kéo không đổi hoặc gia tăng. Phương pháp cũ, đã được thử nghiệm và dễ hiểu, được sử dụng trong một thời gian rất dài và vẫn được sử dụng rộng rãi. Mẫu được kéo căng dọc theo trục dọc nhờ một bộ gá trong máy thử nghiệm. Tốc độ kéo của mẫu là không đổi, tải trọng được đo bằng cảm biến đặc biệt. Đồng thời, độ giãn dài được giám sát, cũng như sự tuân thủ của nó với tải trọng tác dụng. Kết quả của các thử nghiệm như vậy cực kỳ hữu ích nếu các thiết kế mới được tạo ra, vì vẫn chưa ai biết chúng sẽ hoạt động như thế nào khi chịu tải. Chỉ có thể gợi ý việc xác định tất cả các thông số về độ đàn hồi của vật liệu. Ứng suất tối đa - cường độ chảy đưa ra định nghĩa về tải trọng tối đa mà một vật liệu nhất định có thể chịu được. Điều này sẽ giúp tính toán mức độ an toàn.
Kiểm tra độ cứng
Độ cứng của vật liệu được tính toán từ môđun đàn hồi. Sự kết hợp giữa tính lưu động và độ cứng giúp xác định độ đàn hồi của vật liệu. Nếu quy trình công nghệ có các thao tác như chuốt, cán, ép thì chỉ cần biết mức độ biến dạng dẻo có thể xảy ra. Với độ dẻo cao, vật liệu sẽ có thể có hình dạng bất kỳ dưới tải trọng thích hợp. Thử nghiệm nén cũng có thể dùng như một phương pháp để xác định biên độ an toàn. Đặc biệt nếu vật liệu dễ vỡ.
Độ cứng được kiểm tra bằng cách sử dụngIdentator, được làm bằng vật liệu cứng hơn nhiều. Thông thường, thử nghiệm này được thực hiện theo phương pháp Brinell (một quả bóng được ép vào trong), Vickers (một hình kim tự tháp nhận dạng) hoặc Rockwell (một hình nón được sử dụng). Dấu hiệu nhận biết được ấn vào bề mặt vật liệu với một lực nhất định trong một khoảng thời gian nhất định, và sau đó dấu ấn còn lại trên mẫu được nghiên cứu. Có các thử nghiệm được sử dụng khá rộng rãi khác: ví dụ: đối với độ bền va đập, khi sức đề kháng của vật liệu được đánh giá tại thời điểm tác dụng của tải trọng.
