الخصائص المادية والميكانيكية الأساسية للمواد
لتقييم أداء المنتجات ولتحديد الخصائص المادية والميكانيكية للمواد ، وتعليمات مختلفة ، وتستخدم GOST وغيرها من الوثائق التنظيمية والتوصية. أوصت وطرق اختبار لتدمير سلسلة كاملة من المنتجات أو أنواع مماثلة من المواد. هذه ليست طريقة اقتصادية للغاية ، ولكنها فعالة.
وصف
الخصائص الرئيسية للخصائص الميكانيكية للمواد هي على النحو التالي.
1. المقاومة المؤقتة أو القوة النهائية هي قوة الجهد ، والتي تكون ثابتة عند أكبر حمولة قبل تدمير العينة. الخصائص الميكانيكية لقوة والمواد اللدونة من المواد تصف خصائص المواد الصلبة لمقاومة التغيرات التي لا رجعة فيها في الشكل والدمار تحت تأثير الأحمال الخارجية.
2. نقطة العائد الشرطية هي الإجهاد عندما يصل التشوه المتبقي إلى 0.2٪ من طول العينة. هذا هو أدنى الجهد في الوقت الذي تستمر فيه العينة في التشوه بدون زيادة ملحوظة في الحمل.
3. الحد الأقصى للقوة على المدى الطويل هو الحد الأقصى من الإجهاد ، في درجة حرارة معينة ، مما تسبب في تدمير العينة لفترة معينة. يتم تحديد خصائص الخصائص الميكانيكية للمواد من خلال الوحدات النهائية للقوة طويلة المدى - يحدث الفشل عند 7000 درجة مئوية لكل 100 ساعة.
4. الحد المشروط للزحف هو الإجهاد الذي يسبب استطالة معينة ، وكذلك معدل الزحف ، عند درجة حرارة معينة لفترة معينة في العينة. الحد هو تشوه المعدن لمدة 100 ساعة عند 7000 درجة مئوية بنسبة 0.2٪. يُعرّف الزحف بأنه المعدل المحدد لتشوه المعادن تحت التحميل المستمر والحرارة العالية لفترة طويلة. المقاومة للحرارة هي مقاومة مادة للكسر والزحف.
5. الحد من القدرة على التحمل هو أعلى قيمة لضغوط الدورة ، عندما لا يحدث فشل التعب. يمكن تحديد عدد دورات التحميل أو تعسفيًا ، اعتمادًا على كيفية تخطيط الاختبارات الميكانيكية للمواد. وتشمل الخصائص الميكانيكية التعب والتحمل من المواد. تحت تأثير الأحمال في الدورة ، يتراكم الضرر ، وتتشكل الشقوق ، مما يؤدي إلى الدمار. إنها تعب. خاصية مقاومة التعب هي القدرة على التحمل.
تمتد والضغط
المواد المستخدمة في الهندسةالممارسة ، وتنقسم إلى مجموعتين. الأول - البلاستيك ، لتدمير التي يجب أن تظهر تشوه المتبقية كبيرة ، والثاني - هشة ، والانهيار مع تشوهات صغيرة جدا. وبطبيعة الحال ، فإن هذا التقسيم تعسفي للغاية ، لأن كل مادة ، تبعا للشروط التي تم إنشاؤها ، يمكن أن تتصرف على حد سواء هشة وكبلاستيكية. هذا يعتمد على طبيعة حالة الإجهاد ، على درجة الحرارة ، على معدل التشوه ، وعلى عوامل أخرى.
الخواص الميكانيكية للمواد فيالتمدد والضغط بليغان وبلاستيكي وهش. على سبيل المثال ، يتم اختبار الفولاذ منخفض الكربون عن طريق التمدد ، ويلقي الحديد بالضغط. الحديد الزهر - هش والصلب - البلاستيك. تتمتع المواد الهشة بمقاومة عالية للضغط ، مع تشوه التوتر - أسوأ من ذلك. البلاستيك لديها نفس الخصائص الميكانيكية للمواد تحت ضغط وتمتد. ومع ذلك ، يتم تحديد عتبة بهم من خلال التمدد. هذه الطرق هي التي يمكنها تحديد الخصائص الميكانيكية للمواد بدقة أكبر. ويرد مخطط التوتر والضغط في الرسوم التوضيحية لهذه المادة.
التفاهات والليونة
ما هي اللدونة والتقصف؟ الأول هو القدرة على عدم الانهيار ، والحصول على تشوهات متبقية بكميات كبيرة. هذه الخاصية هي الحاسمة للعمليات التكنولوجية الأكثر أهمية. يعتمد الانحناء والرسم والرسم والختم والعديد من العمليات الأخرى على خصائص اللدونة. وتشمل المواد البلاستيكية النحاس الملدن والنحاس والألمنيوم والفولاذ منخفض الكربون والذهب وما شابه ذلك. البرونز والالكورالين أقل بكثير من البلاستيك. جدا تقريبا قابلية ، تقريبا جميع سبائك الصلب.
خصائص قوة المواد البلاستيكيةمقارنة مع نقطة العائد ، والتي سيتم مناقشتها أدناه. تتأثر خصائص الهشاشة واللدونة بدرجة كبيرة من درجة الحرارة ومعدل التحميل. التوتر السريع يعطي هشاشة المواد ، وبطء اللدونة. على سبيل المثال ، الزجاج عبارة عن مادة هشة ، ولكنه يمكن أن يصمد أمام التأثير الطويل للحمل إذا كانت درجة الحرارة طبيعية ، أي أنها تُظهر خصائص الليونة. الفولاذ منخفض الكربون هو من البلاستيك ، ولكن مع حمل حساسية للصدمة ، فإنه يظهر كمواد هشة.
طريقة التذبذب
الخصائص الفيزيائية والميكانيكية للموادالإثارة محددة من الانحناء طولي، التوائية وغيرها من أكثر تعقيدا أنواع الاهتزازات واعتمادا على حجم العينة، شكل، نوع من الاستقبال وسائق، وطرق مخططات الربط تحميل التطبيقات الحيوية. كما يتم اختبار المواد كبيرة باستخدام هذا الأسلوب إذا تغير كبير في طريقة تطبيق أساليب تطبيق الحمل، والإثارة من التذبذبات وتسجيلهم. نفس الأسلوب يحدده الخصائص الميكانيكية للمواد عندما يكون ذلك ضروريا لتقييم صلابة من الهياكل الكبيرة. ومع ذلك، عند تحديد الخصائص المحلية من المواد في المنتج، لا يتم استخدام هذا الأسلوب. التطبيق العملي لهذه التقنية لا يمكن تحقيقه إلا عند معرفة أبعاد والكثافة، عندما إمكانية توحيد المنتج على الدعم وعلى المنتج - المحولات، تحتاج درجات حرارة معينة، الخ
على سبيل المثال ، عند تغيير ظروف درجة الحرارةيحدث هذا أو ذاك التغيير ، وتصبح الخصائص الميكانيكية للمواد مختلفة عند تسخينها. عمليا جميع الهيئات تتوسع في ظل هذه الظروف ، مما يؤثر على هيكلها. أي جسم له هذه الخصائص أو غيرها من الخصائص الميكانيكية للمواد التي تتكون منها. إذا لم تتغير هذه الخصائص في جميع الاتجاهات وتظل كما هي ، يطلق على هذه الهيئة اسمًا متناحيًا. إذا تغيرت الخصائص المادية والميكانيكية للمواد - متباين الخواص. هذا الأخير هو سمة مميزة لجميع المواد تقريبا ، فقط بدرجات متفاوتة. ولكن هناك ، على سبيل المثال ، الصلب ، حيث تباين العناصر غير مهم للغاية. أكثر ما يعبر عنها بوضوح في المواد الطبيعية مثل الخشب. في بيئة الإنتاج ، يتم تحديد الخصائص الميكانيكية للمواد عن طريق مراقبة الجودة ، حيث يتم استخدام GOSTs مختلفة. يتم الحصول على تقدير عدم التجانس من المعالجة الإحصائية ، عندما يتم تلخيص نتائج الاختبار. يجب أن تكون العينات عديدة ومختلفة من تصميم معين. تعتبر هذه الطريقة في الحصول على الخصائص التكنولوجية مضيعة للوقت.
الطريقة الصوتية
الطرق الصوتية من أجل تحديدالخصائص الميكانيكية للمواد وخصائصها ، والكثير ، وكلها تختلف في طرق الإدخال والاستقبال وتسجيل التذبذبات في الأنماط الجيبية والنبضية. تستخدم الطرق الصوتية عند فحص مواد البناء وسمكها وحالة الإجهاد على سبيل المثال في اكتشاف العيوب. كما يتم تحديد الخصائص الميكانيكية للمواد الهيكلية من خلال الأساليب الصوتية. ويجري بالفعل تطوير العديد من الأجهزة الصوتية الإلكترونية المختلفة ويجري إنتاجها بشكل متسلسل ، مما يسمح بتسجيل موجات مرنة ، معلمات انتشارها في كل من الأنماط الجيبية والنبضية. على أساسها ، يتم تحديد خصائص القوة الميكانيكية للمواد. إذا تم استخدام اهتزازات مرنة ذات كثافة منخفضة ، تصبح هذه الطريقة آمنة تمامًا.
عيوب الطريقة الصوتية هيالحاجة إلى الاتصال الصوتي ، وهو أمر غير ممكن دائمًا. لذلك ، هذه الوظائف ليست منتجة للغاية ، إذا كنت بحاجة للحصول على وجه السرعة على الخصائص الميكانيكية لقوة المواد. إن حالة السطح والأشكال الهندسية وأبعاد المنتج قيد التحقيق ، والبيئة التي تجري فيها الاختبارات لها تأثير كبير على النتيجة. للتغلب على هذه الصعوبات ، يجب حل مشكلة محددة بطريقة صوتية محددة بدقة ، أو ، على العكس من ذلك ، يجب استخدامها عدة مرات ، يعتمد الأمر على الوضع المحدد. على سبيل المثال ، تعتبر البلاستيك المقوى بالألياف الزجاجية مناسبة تمامًا لهذا التحقيق ، نظرًا لسرعة انتشار موجات مرنة ، وبالتالي يتم استخدامها على نطاق واسع من خلال الصوت ، عندما يكون المتلقي والمبرد موجودان على أسطح متقابلة من العينة.
كشف الخلل
تستخدم طرق الكشف عن العيوب للتحكم في جودة المواد في مختلف الصناعات. هناك طرق غير مدمرة ومدمرة. ما يلي غير مدمرة.
1. لتحديد الشقوق على الأسطح وغير اللحامات ، كشف الخلل المغناطيسي. المواقع التي بها مثل هذه العيوب ،تتميز بحقول التشتت. يمكن اكتشافها بواسطة أجهزة خاصة أو ببساطة عن طريق تطبيق طبقة من المسحوق المغناطيسي على السطح بأكمله. في مواقع العيوب ، سيتغير موضع المسحوق حتى عند استخدامه.
2. يتم تنفيذ defectoscopy بمساعدة الموجات فوق الصوتية. سوف تنعكس الحزمة الاتجاهية بشكل مختلف (متناثرة) ، إذا كان هناك أي انقطاعات عميقة داخل العينة.
3. العيوب في المواد بشكل جيد يظهر طريقة الاشعاع للتحقيقاستناداً إلى الاختلاف في امتصاص الإشعاع بوساطة كثافة متفاوتة. يتم استخدام غاما- defectoscopy والأشعة السينية.
4. كشف الخلل الكيميائي. إذا تم حفر السطح بمحلول ضعيفحامض النيتريك ، حمض الهيدروكلوريك أو خليط منها (الفودكا الملكية) ، ثم في الأماكن التي توجد بها عيوب ، تظهر شبكة على شكل أشرطة سوداء. يمكنك تطبيق طريقة تزيل مطبوعات الكبريت. في الأماكن التي تكون فيها المادة غير منتظمة ، يجب أن يتغير لون الكبريت.
الطرق المدمرة
لقد تم تفكيك الطرق المدمرة جزئيًا. يتم اختبار عينات الانحناء ، والضغط ، وتمتد ، وهذا هو ، وتستخدم أساليب مدمرة ثابتة. إذا تعرض المنتج لضغوط دورية متعاقبة عند ثني الصدم ، يتم تحديد الخصائص الديناميكية. ترسم الطرق المجهرية صورة شاملة لهيكل المادة وبأحجام كبيرة. لهذه الدراسة ، هناك حاجة إلى عينات أرضية خاصة محفورة. وبالتالي ، من الممكن الكشف عن شكل وترتيب الحبوب ، على سبيل المثال ، في الفولاذ ، ووجود البلورات مع تشوه ، والألياف ، والأصداف ، والفقاعات ، والشقوق وغيرها من التجانس في سبيكة.
تجري دراسة الأساليب الميكروسكوبيةالبنية الدقيقة وتكشف أصغر الرذائل. العينات بنفس الطريقة هي مبدئية ، مصقولة ومن ثم تعرض للنقش. يتضمن الاختبار الإضافي استخدام المجاهر الكهربائية والبصرية والتحليل الهيكلي للأشعة السينية. أساس هذه الطريقة هو تداخل الأشعة التي تتناثرها ذرات المادة. تتم مراقبة خصائص المادة عن طريق تحليل الأشعة السينية. تحدد الخصائص الميكانيكية للمواد قوتها ، وهو الشيء الرئيسي لبناء الهياكل الموثوقة والآمنة للتشغيل. لذلك ، يتم اختبار المواد بعناية وبطرق مختلفة في جميع الظروف ، والتي هي قادرة على قبول دون أن تفقد مستوى عال من الخصائص الميكانيكية.
طرق السيطرة
لإجراء اختبار غير مدمر لالاختيار الصحيح للطرق الفعالة له أهمية كبيرة لخصائص المواد. الأكثر دقة وإثارة للاهتمام في هذا الصدد هي أساليب التنظير - إدارة العيوب. هنا من الضروري معرفة وفهم الاختلافات بين طرق تنفيذ طرق الكشف عن الخلل وطرق تحديد الخصائص الفيزيائية والميكانيكية ، لأنها تختلف جوهريا عن بعضها البعض. إذا كانت هذه الأخيرة تعتمد على التحكم في المعلمات الفيزيائية وارتباطها اللاحق بالخصائص الميكانيكية للمادة ، فإن التنظير الهيكلي يقوم على التحويل المباشر للإشعاع ، والذي ينعكس من العيب أو يمر عبر الوسط المتحكم به.
أفضل من ذلك ، بالطبع ، السيطرة معقدة. يتمثل التعقيد في تحديد المعلمات الفيزيائية المثلى التي يمكن من خلالها تحديد القوة والخصائص الفيزيائية والميكانيكية الأخرى للعينة. وأيضا في نفس الوقت يتم تطوير مجموعة مثالية من الضوابط للعيوب الهيكلية ثم تنفيذها. وفي النهاية ، هناك تقييم متكامل لهذه المادة: يتم تحديد أدائها من خلال مجموعة كاملة من المعلمات التي ساعدت في تحديد الطرق غير المدمرة.
اختبار ميكانيكي
بمساعدة هذه الاختبارات ،يتم تقييم الخصائص الميكانيكية للمواد. هذا النوع من السيطرة ظهر لفترة طويلة جدا ، لكنه لم يفقد أهميته. حتى المواد الحديثة التكنولوجيا العالية في كثير من الأحيان المستهلكين وانتقد بمرارة. وهذا يشير إلى أنه ينبغي إجراء الخبرة بعناية أكبر. كما سبق ذكره ، يمكن تقسيم الاختبارات الميكانيكية إلى نوعين: ثابت وديناميكي. أول فحص المنتج أو العينة لالتواء ، والتوتر ، والضغط ، والانحناء ، والثاني - لصلابة وقوة التأثير. تساعد المعدات الحديثة على تنفيذ هذه الإجراءات ليست بسيطة للغاية من الناحية النوعية والكشف عن جميع الخصائص الاستغلالية لهذه المواد.
اختبار الشد يمكن أن تكشفمقاومة المادة لتأثير ثابت مطرد أو زيادة إجهاد الشد. هذه الطريقة قديمة ومُختبرة ومفهومة ، وتستخدم منذ فترة طويلة جدًا ولا تزال مستخدمة على نطاق واسع. تمدد العينة على طول المحور الطولي عن طريق جهاز في آلة الاختبار. معدل تمدد العينة ثابت ، يتم قياس الحمل بواسطة جهاز استشعار خاص. في نفس الوقت ، يتم التحكم في الاستطالة ، وكذلك امتثالها للحمل المطبق. نتائج هذه الاختبارات مفيدة للغاية إذا كنت بحاجة إلى إنشاء تصميمات جديدة ، حيث لا أحد يعرف كيف سيتصرف تحت الحمل. يمكن فقط تحديد كافة معلمات مرونة المادة المساعدة. الحد الأقصى للتوتر - قوة الإنتاجية - يجعل تعريف الحمل الأقصى الذي يمكن لهذه المادة تحمله. هذا سوف يساعد في حساب هامش السلامة.
اختبار الصلابة
يتم حساب صلابة المادة moduloمرونة. يساعد الجمع بين السيولة والصلابة على تحديد مرونة المادة. إذا كان هناك في العمليات التكنولوجية عمليات مثل التطويق ، الدحرجة ، الضغط ، فإن مقدار التشوه الممكن في البلاستيك ضروري فقط لمعرفة ذلك. مع اللدونة العالية ، يمكن أن تتخذ المادة أي شكل عند الحمل المناسب. يمكن أيضًا استخدام طريقة اكتشاف عامل الأمان كاختبار للضغط. خاصة إذا كانت المادة هشة.
يتم اختبار صلابة بمساعدة معرف ، والتيمصنوع من مواد أكثر صلابة. في معظم الأحيان يتم هذا الاختبار باستخدام طريقة برينل (يتم ضغط الكرة) ، فيكرز (معرف هرمي الشكل) أو روكويل (باستخدام مخروط). يتم ضغط معرف مع قوة معينة في سطح المادة في فترة زمنية معينة ، ثم يتم دراسة بصمة المتبقية على العينة. هناك اختبارات أخرى شائعة الاستخدام إلى حد كبير: قوة التأثير ، على سبيل المثال ، عندما يتم تقييم مقاومة المادة في وقت تطبيق الحمل.
