لتقييم خصائص أداء المنتجات وتحديد الخصائص الفيزيائية والميكانيكية للمواد ، يتم استخدام التعليمات المختلفة و GOST والوثائق التنظيمية والاستشارية الأخرى. يوصى أيضًا بطرق اختبار إتلاف سلسلة كاملة من المنتجات أو عينات من نفس النوع من المواد. هذه ليست طريقة اقتصادية للغاية ، لكنها فعالة.
تعريف الخصائص
الخصائص الرئيسية للخواص الميكانيكية للمواد هي كما يلي
1. قوة الشد أو قوة الشد - قوة الضغط التي يتم تثبيتها عند أعلى حمل قبل تدمير العينة. تصف الخصائص الميكانيكية للقوة واللدونة للمواد خصائص المواد الصلبة لمقاومة التغيرات التي لا رجعة فيها في الشكل والدمار تحت تأثير الأحمال الخارجية.
2. قوة الخضوع الشرطية هي الضغط عندما تصل السلالة المتبقية إلى 0.2٪ من طول العينة. هذا هوأقل إجهاد بينما تستمر العينة في التشوه دون زيادة ملحوظة في الإجهاد.
3. يُطلق على حد القوة طويلة المدى أكبر إجهاد ، عند درجة حرارة معينة ، مما يتسبب في تدمير العينة لفترة زمنية معينة. يركز تحديد الخصائص الميكانيكية للمواد على الوحدات النهائية للقوة طويلة المدى - يحدث التدمير عند 7000 درجة مئوية في 100 ساعة.
4. حد الزحف الشرطي هو الضغط الذي يسبب عند درجة حرارة معينة في العينة استطالة معينة ، وكذلك معدل الزحف. الحد الأقصى هو تشوه المعدن لمدة 100 ساعة عند 7000 درجة مئوية بنسبة 0.2٪. الزحف هو معدل معين من تشوه المعادن تحت التحميل المستمر وارتفاع درجة الحرارة لفترة طويلة. مقاومة الحرارة هي مقاومة المادة للكسر والزحف.
5. حد التعب هو أعلى قيمة لإجهاد الدورة عندما لا يحدث فشل التعب. يمكن إعطاء عدد دورات التحميل أو تعسفيًا ، اعتمادًا على كيفية تخطيط الاختبار الميكانيكي للمواد. تشمل الخصائص الميكانيكية إجهاد المواد وتحملها. تحت تأثير الأحمال في الدورة ، يتراكم الضرر ، وتتشكل الشقوق ، مما يؤدي إلى التدمير. هذا هو التعب. وخاصية مقاومة التعب هي القدرة على التحمل.
تمدد و انكمش
المواد المستخدمة في الهندسةتنقسم الممارسة إلى مجموعتين. الأول هو البلاستيك ، الذي يجب أن تظهر فيه تشوهات كبيرة متبقية ، والثاني هش ، وينهار عند تشوهات صغيرة جدًا. وبطبيعة الحال ، فإن هذا التقسيم تعسفي للغاية ، لأن كل مادة ، اعتمادًا على الظروف التي تم إنشاؤها ، يمكن أن تتصرف على أنها هشة ومرن. يعتمد ذلك على طبيعة حالة الإجهاد ودرجة الحرارة ومعدل الإجهاد وعوامل أخرى.
الخصائص الميكانيكية للمواد في التوتر والضغط بليغة لكل من الدكتايل والهشاشة. على سبيل المثال ، يتم اختبار الفولاذ الطري في التوتر ، بينما يتم اختبار الحديد الزهر في الضغط. الحديد الزهر هش ، والصلب مطيل. تتمتع المواد الهشة بقوة ضغط أكبر ، بينما يكون تشوه الشد أسوأ. يتمتع البلاستيك تقريبًا بنفس الخصائص الميكانيكية للمواد في الضغط والتوتر. ومع ذلك ، لا يزال يتم تحديد عتبتهم عن طريق التمدد. هذه الطرق هي التي يمكن أن تحدد بدقة أكبر الخصائص الميكانيكية للمواد. يظهر مخطط الضغط والضغط في الرسوم التوضيحية لهذه المقالة.
هشاشة وليونة
ما هي اللدونة والهشاشة؟ الأول هو القدرة على عدم الانهيار ، وتلقي التشوهات المتبقية بكميات كبيرة. هذه الخاصية حاسمة بالنسبة لأهم العمليات التكنولوجية. تعتمد عمليات الانحناء والرسم والرسم والختم والعديد من العمليات الأخرى على خصائص اللدونة. تشتمل مواد الدكتايل على النحاس الملدن ، والنحاس الأصفر ، والألمنيوم ، والفولاذ الطري ، والذهب ، وما شابه. أقل بكثير من البرونز المطيلو الجافية. تقريبا جميع سبائك الصلب ضعيفة الدكتايل.
تتم مقارنة خصائص قوة المواد البلاستيكية مع مقاومة الخضوع ، والتي سيتم مناقشتها أدناه. تتأثر خصائص الهشاشة واللدونة بدرجة كبيرة بدرجة الحرارة ومعدل التحميل. التوتر السريع يجعل المادة هشة ، بينما التوتر البطيء يجعلها قابلة للدكت. على سبيل المثال ، يعتبر الزجاج مادة هشة ، ولكن يمكنه تحمل الأحمال على المدى الطويل إذا كانت درجة الحرارة طبيعية ، أي أنه يُظهر خصائص اللدونة. والفولاذ الطري مطيل ، لكن تحت حمل الصدمات يبدو كمادة هشة.
طريقة التغيير
يتم تحديد الخصائص الفيزيائية الميكانيكية للمواد من خلال إثارة أنواع الاهتزازات الطولية والانحناء والالتوائية وغيرها من أنواع الاهتزازات الأكثر تعقيدًا ، اعتمادًا على حجم العينات والأشكال وأنواع المستقبل والمثير والطرق للتثبيت ومخططات لتطبيق الأحمال الديناميكية. تخضع المنتجات كبيرة الحجم أيضًا للاختبار باستخدام هذه الطريقة ، إذا تم تغيير طريقة التطبيق في طرق تطبيق الحمل وإثارة الاهتزازات وتسجيلها بشكل كبير. يتم استخدام نفس الطريقة لتحديد الخصائص الميكانيكية للمواد عندما يكون من الضروري تقييم صلابة الهياكل كبيرة الحجم. ومع ذلك ، لا يتم استخدام هذه الطريقة لتحديد خصائص المواد في المنتج محليًا. يكون التطبيق العملي لهذه التقنية ممكنًا فقط عندما تكون الأبعاد والكثافة الهندسية معروفة ، وعندما يكون من الممكن تثبيت المنتج على الدعامات ، وعلىالمنتج - المحولات ، هناك حاجة لظروف درجة حرارة معينة ، إلخ.
على سبيل المثال ، عند تغيير أنظمة درجة الحرارة ، يحدث تغيير أو آخر ، تصبح الخصائص الميكانيكية للمواد مختلفة عند تسخينها. تتوسع جميع الأجسام تقريبًا في ظل هذه الظروف ، مما يؤثر على بنيتها. أي جسم له خصائص ميكانيكية معينة للمواد التي يتكون منها. إذا لم تتغير هذه الخصائص في جميع الاتجاهات وظلت كما هي ، فإن هذا الجسم يسمى الخواص. إذا تغيرت الخصائص الفيزيائية والميكانيكية للمواد - متباينة الخواص. هذا الأخير هو سمة مميزة لجميع المواد تقريبًا ، فقط إلى حد مختلف. ولكن هناك ، على سبيل المثال ، الفولاذ ، حيث يكون تباين الخواص ضئيلًا للغاية. هو الأكثر وضوحا في المواد الطبيعية مثل الخشب. في ظروف الإنتاج ، يتم تحديد الخصائص الميكانيكية للمواد من خلال مراقبة الجودة ، حيث يتم استخدام معايير GOST المختلفة. يتم الحصول على تقدير عدم التجانس من المعالجة الإحصائية عند تلخيص نتائج الاختبار. يجب أن تكون العينات عديدة ومقطعة من تصميم معين. تعتبر هذه الطريقة في الحصول على الخصائص التكنولوجية شاقة للغاية.
الطريقة الصوتية
هناك الكثير من الطرق الصوتية لتحديد الخواص الميكانيكية للمواد وخصائصها ، وتختلف جميعها في طرق إدخال واستقبال وتسجيل التذبذبات في الأوضاع الجيبية والنبضية.تستخدم الطرق الصوتية في دراسة مواد البناء ، على سبيل المثال ، سمكها وحالة توترها ، أثناء اكتشاف الخلل. يتم تحديد الخصائص الميكانيكية للمواد الإنشائية أيضًا باستخدام الطرق الصوتية. يتم بالفعل تطوير العديد من الأجهزة الصوتية الإلكترونية المختلفة وإنتاجها بكميات كبيرة ، مما يسمح بتسجيل الموجات المرنة ، ومعلمات انتشارها في كل من الأنماط الجيبية والنبضية. على أساسها ، يتم تحديد الخصائص الميكانيكية لقوة المواد. إذا تم استخدام ذبذبات مرنة منخفضة الشدة ، تصبح هذه الطريقة آمنة تمامًا.
عيب الطريقة الصوتية هو الحاجة إلى الاتصال الصوتي ، وهو أمر غير ممكن دائمًا. لذلك ، فإن هذه الأعمال ليست منتجة للغاية إذا كان من الضروري الحصول على الخصائص الميكانيكية لقوة المواد بشكل عاجل. تتأثر النتيجة بشكل كبير بحالة السطح والأشكال والأبعاد الهندسية للمنتج قيد الدراسة ، فضلاً عن البيئة التي يتم فيها إجراء الاختبارات. للتغلب على هذه الصعوبات ، يجب حل مشكلة معينة بطريقة صوتية محددة بدقة أو ، على العكس من ذلك ، يجب استخدام العديد منها في وقت واحد ، فهذا يعتمد على الموقف المحدد. على سبيل المثال ، تتناسب الألياف الزجاجية جيدًا مع مثل هذه الدراسة ، نظرًا لأن سرعة انتشار الموجات المرنة جيدة ، وبالتالي يتم استخدام السبر من طرف إلى طرف على نطاق واسع ، عندما يكون المستقبِل والباعث على أسطح متقابلة من العينة.
تنظير العيوب
تُستخدم طرق تنظير العيوب للتحكم في جودة المواد في مختلف الصناعات. هناك طرق غير مدمرة ومدمرة. تشمل المواد غير المدمرة ما يلي.
1. يستخدم الكشف عن الخلل المغناطيسي لتحديد التشققات السطحية وقلة الاختراق. تتميز المناطق التي بها مثل هذه العيوب بحقول شاردة. يمكنك اكتشافها بأجهزة خاصة أو ببساطة وضع طبقة من المسحوق المغناطيسي على السطح بالكامل. في أماكن العيوب ، يتغير مكان المسحوق حتى عند وضعه.
2. يتم إجراء تنظير العيوب أيضًا بمساعدة الموجات فوق الصوتية. سوف تنعكس الحزمة الاتجاهية (مبعثرة) بشكل مختلف ، حتى لو كان هناك أي انقطاع عميق داخل العينة.
3. تظهر العيوب في المادة بشكل جيد من خلال طريقة البحث الإشعاعية ، بناءً على الاختلاف في امتصاص الإشعاع بواسطة وسيط ذي كثافة مختلفة. يتم استخدام الكشف عن عيوب جاما والأشعة السينية.
4. كشف الخلل الكيميائي. إذا تم حفر السطح بمحلول ضعيف من حمض النيتريك أو حمض الهيدروكلوريك أو خليط منهم (أكوا ريجيا) ، ثم في الأماكن التي توجد بها عيوب ، تظهر شبكة على شكل خطوط سوداء. يمكنك تطبيق طريقة يتم بها إزالة المطبوعات الكبريتية. في الأماكن التي تكون فيها المادة غير متجانسة ، يجب أن يتغير لون الكبريت.
الأساليب المدمرة
تم بالفعل تفكيك الطرق المدمرة جزئيًا هنا. يتم اختبار العينات للانحناء والضغط والتوتر ، أي يتم استخدام طرق التدمير الساكنة. إذا كان المنتجيتم اختبارها بأحمال دورية متغيرة على الانحناء الصدري - يتم تحديد الخصائص الديناميكية. ترسم الطرق العيانية صورة عامة لهيكل المادة وبأحجام كبيرة. لمثل هذه الدراسة ، هناك حاجة إلى عينات مصقولة بشكل خاص ، والتي تخضع للحفر. لذلك ، من الممكن تحديد شكل الحبيبات وترتيبها ، على سبيل المثال ، في الفولاذ ، ووجود بلورات بها تشوه ، وألياف ، وقذائف ، وفقاعات ، وشقوق ، وأوجه عدم تجانس أخرى في السبيكة.
الطرق المجهرية تدرس البنية المجهرية وتكشف عن أصغر العيوب. يتم طحن العينات مبدئيًا وصقلها ثم حفرها بالطريقة نفسها. يتضمن الاختبار الإضافي استخدام المجاهر الكهربائية والبصرية وتحليل حيود الأشعة السينية. أساس هذه الطريقة هو تداخل الأشعة التي تشتت بواسطة ذرات المادة. يتم التحكم في خصائص المادة من خلال تحليل نمط حيود الأشعة السينية. تحدد الخصائص الميكانيكية للمواد قوتها ، وهو الشيء الرئيسي لبناء الهياكل الموثوقة والآمنة في التشغيل. لذلك يتم اختبار المادة بعناية وبطرق مختلفة في جميع الظروف بحيث تكون قادرة على قبولها دون أن تفقد مستوى عالٍ من الخصائص الميكانيكية.
طرق التحكم
لإجراء اختبار غير مدمر لخصائص المواد ، فإن الاختيار الصحيح للطرق الفعالة له أهمية كبيرة. الأكثر دقة وإثارة للاهتمام في هذا الصدد هي طرق الكشف عن الخلل - التحكم في الخلل. من الضروري هنا معرفة وفهم الاختلافات بين طرق تنفيذ طرق الكشف عن الخلل وطرق تحديد الماديةالخصائص الميكانيكية ، لأنها تختلف اختلافًا جوهريًا عن بعضها البعض. إذا كان الأخير يعتمد على التحكم في المعلمات الفيزيائية وعلاقتها اللاحقة بالخصائص الميكانيكية للمادة ، فإن اكتشاف الخلل يعتمد على التحويل المباشر للإشعاع الذي ينعكس من عيب أو يمر عبر بيئة خاضعة للرقابة.
أفضل شيء بالطبع هو التحكم المعقد. يكمن التعقيد في تحديد المعلمات الفيزيائية المثلى ، والتي يمكن استخدامها لتحديد القوة والخصائص الفيزيائية والميكانيكية الأخرى للعينة. وأيضًا ، في نفس الوقت ، يتم تطوير مجموعة مثالية من الوسائل للسيطرة على العيوب الهيكلية ومن ثم تنفيذها. وأخيرًا ، يظهر تقييم متكامل لهذه المادة: يتم تحديد أدائها من خلال مجموعة كاملة من المعلمات التي ساعدت في تحديد الأساليب غير المدمرة.
اختبار ميكانيكي
يتم اختبار وتقييم الخصائص الميكانيكية للمواد بمساعدة هذه الاختبارات. ظهر هذا النوع من التحكم منذ فترة طويلة ، لكنه لم يفقد أهميته حتى الآن. حتى المواد الحديثة عالية التقنية غالبًا ما يتم انتقادها بشدة من قبل المستهلكين. وهذا يشير إلى وجوب إجراء الفحوصات بعناية أكبر. كما ذكرنا سابقًا ، يمكن تقسيم الاختبارات الميكانيكية إلى نوعين: ثابت وديناميكي. الأول يفحص المنتج أو العينة للتحقق من الالتواء والتوتر والضغط والانحناء ، والأخير للتحقق من الصلابة وقوة التأثير. تساعد المعدات الحديثة على أداء هذه الإجراءات غير البسيطة بجودة عالية وتحديد جميع المشكلات التشغيلية.خصائص هذه المادة.
يمكن أن يكشف اختبار التوتر عن مقاومة مادة ما لتأثيرات إجهاد الشد الثابت أو المتزايد المطبق. الطريقة قديمة ومختبرة ومفهومة ، وتستخدم لفترة طويلة جدًا ولا تزال مستخدمة على نطاق واسع. يتم شد العينة على طول المحور الطولي بواسطة أداة تثبيت في آلة الاختبار. معدل شد العينة ثابت ، يتم قياس الحمل بواسطة مستشعر خاص. في نفس الوقت ، تتم مراقبة الاستطالة ، وكذلك امتثالها للحمل المطبق. تعتبر نتائج هذه الاختبارات مفيدة للغاية إذا كان لابد من عمل تصميمات جديدة ، حيث لا أحد يعرف حتى الآن كيف سيتصرفون تحت العبء. يمكن فقط تحديد جميع معلمات مرونة المادة. أقصى ضغط - تجعل قوة الخضوع تعريف الحمولة القصوى التي يمكن أن تتحملها مادة معينة. سيساعد هذا في حساب هامش الأمان.
اختبار الصلابة
يتم حساب صلابة المادة من معامل المرونة. يساعد الجمع بين السيولة والصلابة في تحديد مرونة المادة. إذا كانت العملية التكنولوجية تحتوي على عمليات مثل التطرق ، والدحرجة ، والضغط ، فمن الضروري ببساطة معرفة حجم التشوه البلاستيكي المحتمل. مع اللدونة العالية ، ستكون المادة قادرة على اتخاذ أي شكل تحت الحمل المناسب. يمكن أن يعمل اختبار الضغط أيضًا كطريقة لتحديد هامش الأمان. خاصة إذا كانت المادة هشة
يتم اختبار الصلابة باستخداممحدد ، وهو مصنوع من مادة أكثر صلابة. في أغلب الأحيان ، يتم إجراء هذا الاختبار وفقًا لطريقة برينل (يتم الضغط على الكرة) ، أو وفقًا لطريقة فيكرز (معرف على شكل هرم) أو روكويل (يتم استخدام مخروط). يتم ضغط المعرف على سطح المادة بقوة معينة لفترة زمنية معينة ، ثم يتم دراسة البصمة المتبقية على العينة. هناك اختبارات أخرى مستخدمة على نطاق واسع: لقوة التأثير ، على سبيل المثال ، عندما يتم تقييم مقاومة مادة ما في لحظة تطبيق الحمل.
