เพื่อประเมินคุณสมบัติประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์และกำหนดลักษณะทางกายภาพและทางกลของวัสดุ จะใช้คำแนะนำต่างๆ GOST และเอกสารข้อบังคับและคำแนะนำอื่นๆ แนะนำให้ใช้วิธีทดสอบการทำลายผลิตภัณฑ์ทั้งชุดหรือตัวอย่างของวัสดุประเภทเดียวกัน นี่ไม่ใช่วิธีที่ประหยัดแต่ได้ผล
นิยามของคุณลักษณะ
คุณสมบัติหลักของคุณสมบัติทางกลของวัสดุมีดังนี้
1. ความต้านแรงดึงหรือความต้านแรงดึง - แรงเค้นที่ถูกตรึงไว้ที่โหลดสูงสุดก่อนการทำลายตัวอย่าง ลักษณะทางกลของความแข็งแรงและความเป็นพลาสติกของวัสดุอธิบายถึงคุณสมบัติของของแข็งที่ต้านทานการเปลี่ยนแปลงรูปร่างและการทำลายที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ภายใต้อิทธิพลของแรงภายนอก
2. ความแข็งแรงของผลผลิตตามเงื่อนไขคือความเค้นเมื่อความเครียดตกค้างถึง 0.2% ของความยาวตัวอย่าง นี่คือความเครียดน้อยที่สุดในขณะที่ชิ้นงานยังคงเปลี่ยนรูปโดยไม่มีความเครียดเพิ่มขึ้นอย่างเห็นได้ชัด
3. ขีดจำกัดของความแข็งแกร่งในระยะยาวเรียกว่าความเครียดสูงสุดที่อุณหภูมิที่กำหนด ซึ่งทำให้ตัวอย่างถูกทำลายในระยะเวลาหนึ่ง การกำหนดคุณสมบัติทางกลของวัสดุมุ่งเน้นไปที่หน่วยสูงสุดของความแข็งแกร่งในระยะยาว - การทำลายเกิดขึ้นที่ 7,000 องศาเซลเซียสใน 100 ชั่วโมง
4. ขีดจำกัดการคืบแบบมีเงื่อนไขคือความเค้นที่ทำให้เกิดการยืดตัวที่กำหนดที่อุณหภูมิที่กำหนดในช่วงเวลาหนึ่งในตัวอย่าง ตลอดจนอัตราการคืบคลาน ขีด จำกัด คือการเปลี่ยนรูปของโลหะเป็นเวลา 100 ชั่วโมงที่ 7,000 องศาเซลเซียส 0.2% การคืบคืบเป็นอัตราการเสียรูปของโลหะภายใต้การโหลดคงที่และอุณหภูมิสูงเป็นเวลานาน ความต้านทานความร้อนคือความต้านทานของวัสดุต่อการแตกหักและคืบคลาน
5. ขีดจำกัดความล้าเป็นค่าสูงสุดของความเค้นของวัฏจักรเมื่อไม่เกิดความล้มเหลวเมื่อยล้า จำนวนรอบการโหลดสามารถกำหนดหรือกำหนดได้เอง ขึ้นอยู่กับวิธีการวางแผนการทดสอบทางกลของวัสดุ ลักษณะทางกลรวมถึงความล้าและความทนทานของวัสดุ ภายใต้การกระทำของโหลดในวงจร ความเสียหายสะสม รอยแตกเกิดขึ้น นำไปสู่การทำลายล้าง นี่คือความเหนื่อยล้า และคุณสมบัติต้านทานความล้าคือความทนทาน
ยืดหด
วัสดุที่ใช้ในงานวิศวกรรมการปฏิบัติแบ่งออกเป็นสองกลุ่ม อย่างแรกคือพลาสติก สำหรับการทำลายซึ่งต้องมีการเสียรูปตกค้างที่สำคัญ อย่างที่สองคือเปราะ ยุบเมื่อเสียรูปน้อยมาก โดยธรรมชาติแล้ว การแบ่งดังกล่าวเป็นไปตามอำเภอใจมาก เนื่องจากวัสดุแต่ละชนิด ขึ้นอยู่กับเงื่อนไขที่สร้างขึ้น สามารถประพฤติได้ทั้งแบบเปราะและเหนียว ขึ้นอยู่กับธรรมชาติของสภาวะความเครียด อุณหภูมิ อัตราความเครียด และปัจจัยอื่นๆ
ลักษณะทางกลของวัสดุในด้านความตึงและแรงอัดนั้นมีความชัดเจนสำหรับทั้งแบบเหนียวและแบบเปราะ ตัวอย่างเช่น เหล็กอ่อนได้รับการทดสอบในแรงดึง ในขณะที่เหล็กหล่อได้รับการทดสอบด้วยแรงอัด เหล็กหล่อมีความเปราะ เหล็กมีความเหนียว วัสดุที่เปราะบางจะมีกำลังรับแรงอัดที่มากกว่า ในขณะที่การเปลี่ยนรูปแรงดึงนั้นแย่กว่า พลาสติกมีลักษณะทางกลที่ใกล้เคียงกันของวัสดุในด้านแรงอัดและแรงตึง อย่างไรก็ตามเกณฑ์ของพวกเขายังคงถูกกำหนดโดยการยืด เป็นวิธีการเหล่านี้ที่สามารถกำหนดลักษณะทางกลของวัสดุได้แม่นยำยิ่งขึ้น แผนภาพความตึงและการบีบอัดแสดงในภาพประกอบสำหรับบทความนี้
ความเปราะบางและความยืดหยุ่น
ความยืดหยุ่นและความเปราะบางคืออะไร? ประการแรกคือความสามารถในการไม่ยุบ รับการเสียรูปที่เหลือในปริมาณมาก คุณสมบัตินี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการปฏิบัติการทางเทคโนโลยีที่สำคัญที่สุด การดัด การวาด การวาด การปั๊ม และการดำเนินการอื่นๆ ขึ้นอยู่กับลักษณะของความเป็นพลาสติก วัสดุเหนียว ได้แก่ ทองแดงอบอ่อน ทองเหลือง อลูมิเนียม เหล็กอ่อน ทอง และอื่นๆ ในทำนองเดียวกัน บรอนซ์ที่มีความเหนียวน้อยกว่ามากและ ดูราล เหล็กกล้าเจือเกือบทั้งหมดมีความเหนียวอ่อนมาก
ลักษณะความแข็งแรงของวัสดุพลาสติกเปรียบเทียบกับความแข็งแรงของผลผลิต ซึ่งจะกล่าวถึงด้านล่าง คุณสมบัติของความเปราะบางและความเป็นพลาสติกได้รับอิทธิพลอย่างมากจากอุณหภูมิและอัตราการโหลด แรงตึงเร็วทำให้วัสดุเปราะ ในขณะที่แรงตึงช้าทำให้เหนียว ตัวอย่างเช่น แก้วเป็นวัสดุที่เปราะบาง แต่สามารถทนต่อภาระในระยะยาวได้หากอุณหภูมิเป็นปกติ กล่าวคือ แสดงคุณสมบัติของพลาสติก และเหล็กอ่อนนั้นมีความเหนียว แต่ภายใต้แรงกระแทกก็จะปรากฏเป็นวัสดุที่เปราะ
วิธีการเปลี่ยน
ลักษณะทางกายภาพและทางกลของวัสดุถูกกำหนดโดยแรงกระตุ้นของการสั่นสะเทือนตามยาว การดัด การบิด และอื่นๆ การสั่นสะเทือนที่ซับซ้อนยิ่งขึ้น และขึ้นอยู่กับขนาดของตัวอย่าง รูปร่าง ประเภทของเครื่องรับและตัวกระตุ้น วิธีการ ของการยึดและโครงร่างสำหรับการใช้โหลดแบบไดนามิก ผลิตภัณฑ์ขนาดใหญ่ยังต้องได้รับการทดสอบโดยใช้วิธีนี้ หากวิธีการใช้งานในวิธีการใช้โหลด การกระตุ้นการสั่นสะเทือนและการลงทะเบียนมีการเปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญ วิธีการเดียวกันนี้ใช้เพื่อกำหนดลักษณะทางกลของวัสดุเมื่อจำเป็นต้องประเมินความแข็งแกร่งของโครงสร้างขนาดใหญ่ อย่างไรก็ตาม วิธีนี้ไม่ได้ใช้สำหรับการกำหนดคุณลักษณะเฉพาะของวัสดุในผลิตภัณฑ์ การประยุกต์ใช้เทคนิคในทางปฏิบัติเป็นไปได้ก็ต่อเมื่อทราบมิติทางเรขาคณิตและความหนาแน่น เมื่อสามารถแก้ไขผลิตภัณฑ์บนฐานรองรับ และบนสินค้า - คอนเวอร์เตอร์, สภาวะอุณหภูมิที่ต้องการ ฯลฯ
ตัวอย่างเช่น เมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง การเปลี่ยนแปลงอย่างใดอย่างหนึ่งเกิดขึ้น ลักษณะทางกลของวัสดุจะแตกต่างกันเมื่อถูกความร้อน ร่างกายเกือบทั้งหมดขยายตัวภายใต้สภาวะเหล่านี้ ซึ่งส่งผลต่อโครงสร้างของมัน ร่างกายใด ๆ มีลักษณะทางกลบางอย่างของวัสดุที่ประกอบขึ้นเป็นส่วนประกอบ หากลักษณะเหล่านี้ไม่เปลี่ยนแปลงไปในทุกทิศทางและยังคงเหมือนเดิม ร่างกายดังกล่าวจะเรียกว่าไอโซโทรปิก หากลักษณะทางกายภาพและทางกลของวัสดุเปลี่ยนไป - แอนไอโซทรอปิก ส่วนหลังเป็นคุณลักษณะเฉพาะของวัสดุเกือบทั้งหมด ในระดับที่แตกต่างกัน แต่มีตัวอย่างเช่น เหล็กกล้า ซึ่งแอนไอโซโทรปีไม่มีนัยสำคัญมากนัก เด่นชัดที่สุดในวัสดุธรรมชาติเช่นไม้ ในสภาวะการผลิต ลักษณะทางกลของวัสดุจะถูกกำหนดโดยการควบคุมคุณภาพ โดยใช้ GOST ต่างๆ ค่าประมาณของความแตกต่างได้มาจากการประมวลผลทางสถิติเมื่อสรุปผลการทดสอบ ตัวอย่างควรมีจำนวนมากและตัดออกจากการออกแบบเฉพาะ วิธีการได้มาซึ่งลักษณะทางเทคโนโลยีนี้ถือว่าค่อนข้างลำบาก
วิธีอะคูสติก
มีวิธีการเกี่ยวกับเสียงมากมายในการกำหนดคุณสมบัติทางกลของวัสดุและลักษณะเฉพาะของวัสดุ และทั้งหมดนั้นแตกต่างกันไปในวิธีการป้อนเข้า การรับ และการลงทะเบียนการสั่นในโหมดไซน์และโหมดพัลซิ่งการศึกษาใช้วิธีอะคูสติก เช่น วัสดุก่อสร้าง ความหนาและสถานะความตึงเครียด ระหว่างการตรวจจับข้อบกพร่อง ลักษณะทางกลของวัสดุโครงสร้างยังถูกกำหนดโดยใช้วิธีการทางเสียง อุปกรณ์อะคูสติกอิเล็กทรอนิกส์จำนวนมากกำลังได้รับการพัฒนาและผลิตเป็นจำนวนมาก ซึ่งช่วยให้สามารถบันทึกคลื่นยืดหยุ่นได้ พารามิเตอร์การแพร่กระจายของคลื่นทั้งในโหมดไซน์และพัลซิ่ง บนพื้นฐานของคุณสมบัติทางกลของความแข็งแรงของวัสดุจะถูกกำหนด หากใช้การสั่นแบบยืดหยุ่นที่มีความเข้มต่ำ วิธีการนี้จะปลอดภัยอย่างยิ่ง
ข้อเสียของวิธีอะคูสติกคือความต้องการสัมผัสทางเสียงซึ่งไม่สามารถทำได้เสมอไป ดังนั้นงานเหล่านี้จึงไม่ได้ผลมากนักหากจำเป็นต้องได้รับคุณสมบัติทางกลของความแข็งแรงของวัสดุโดยด่วน ผลลัพธ์ได้รับอิทธิพลอย่างมากจากสถานะของพื้นผิว รูปทรงทางเรขาคณิตและขนาดของผลิตภัณฑ์ที่อยู่ระหว่างการศึกษา ตลอดจนสภาพแวดล้อมที่ทำการทดสอบ เพื่อเอาชนะปัญหาเหล่านี้ ปัญหาเฉพาะต้องได้รับการแก้ไขโดยวิธีอะคูสติกที่กำหนดไว้อย่างเคร่งครัด หรือในทางกลับกัน ควรใช้หลายปัญหาพร้อมกัน ขึ้นอยู่กับสถานการณ์เฉพาะ ตัวอย่างเช่น ไฟเบอร์กลาสยืมตัวเองได้ดีในการศึกษาดังกล่าว เนื่องจากความเร็วการแพร่กระจายของคลื่นยืดหยุ่นนั้นดี ดังนั้นจึงมีการใช้เสียงแบบ end-to-end อย่างกว้างขวางเมื่อตัวรับและตัวปล่อยวางบนพื้นผิวตรงข้ามของตัวอย่าง
Defectoscopy
Defectoscopy ใช้สำหรับควบคุมคุณภาพของวัสดุในอุตสาหกรรมต่างๆ มีวิธีที่ไม่ทำลายและทำลายล้าง แบบไม่ทำลายมีดังต่อไปนี้
1. การตรวจจับข้อบกพร่องด้วยแม่เหล็กใช้เพื่อระบุรอยแตกของพื้นผิวและการขาดการเจาะ พื้นที่ที่มีข้อบกพร่องดังกล่าวมีลักษณะเป็นทุ่งเร่ร่อน คุณสามารถตรวจจับพวกมันด้วยอุปกรณ์พิเศษหรือเพียงแค่ทาชั้นของผงแม่เหล็กให้ทั่วพื้นผิวทั้งหมด ในบริเวณที่มีตำหนิ ตำแหน่งของแป้งจะเปลี่ยนไปแม้ตอนทา
2. Defectoscopy ดำเนินการด้วยความช่วยเหลือของอัลตราซาวนด์ ลำแสงทิศทางจะสะท้อน (กระจัดกระจาย) แตกต่างกัน แม้ว่าจะมีความไม่ต่อเนื่องลึกเข้าไปในตัวอย่างก็ตาม
3. ข้อบกพร่องของวัสดุแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนโดยวิธีการวิจัยเกี่ยวกับรังสี โดยพิจารณาจากความแตกต่างในการดูดกลืนรังสีของตัวกลางที่มีความหนาแน่นต่างกัน ใช้การตรวจจับข้อบกพร่องของแกมมาและเอ็กซเรย์
4. การตรวจจับข้อบกพร่องทางเคมี หากพื้นผิวถูกกัดเซาะด้วยสารละลายอ่อนของกรดไนตริก กรดไฮโดรคลอริก หรือส่วนผสมของมัน (aqua regia) จากนั้นในที่ที่มีข้อบกพร่องเครือข่ายจะปรากฏเป็นแถบสีดำ คุณสามารถใช้วิธีการลบรอยกำมะถันออกได้ ในสถานที่ที่วัสดุเป็นเนื้อเดียวกัน กำมะถันควรเปลี่ยนสี
วิธีทำลายล้าง
วิธีการทำลายล้างถูกรื้อถอนไปแล้วบางส่วนที่นี่ ตัวอย่างได้รับการทดสอบสำหรับการดัด การบีบอัด แรงตึง นั่นคือใช้วิธีทำลายล้างแบบสถิต หากสินค้าได้รับการทดสอบด้วยโหลดแบบวัฏจักรผันแปรในการดัดกระแทก - กำหนดคุณสมบัติไดนามิก วิธีการด้วยกล้องจุลทรรศน์จะวาดภาพทั่วไปของโครงสร้างของวัสดุและในปริมาณมาก สำหรับการศึกษาดังกล่าว จำเป็นต้องมีตัวอย่างที่ผ่านการขัดเงาเป็นพิเศษ ซึ่งต้องผ่านการแกะสลัก ดังนั้นจึงเป็นไปได้ที่จะระบุรูปร่างและการจัดเรียงของเมล็ดพืช เช่น ในเหล็ก การปรากฏตัวของผลึกที่มีการเสียรูป เส้นใย เปลือก ฟองอากาศ รอยแตก และความไม่เป็นเนื้อเดียวกันอื่นๆ ของโลหะผสม
วิธีจุลภาคศึกษาโครงสร้างจุลภาคและเผยให้เห็นข้อบกพร่องที่เล็กที่สุด ตัวอย่างจะถูกบดเบื้องต้น ขัดเงา และแกะสลักในลักษณะเดียวกัน การทดสอบเพิ่มเติมเกี่ยวข้องกับการใช้กล้องจุลทรรศน์แบบไฟฟ้าและแบบออปติคัลและการวิเคราะห์การเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ พื้นฐานของวิธีนี้คือการรบกวนของรังสีที่กระจัดกระจายโดยอะตอมของสาร ลักษณะของวัสดุถูกควบคุมโดยการวิเคราะห์รูปแบบการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ ลักษณะทางกลของวัสดุเป็นตัวกำหนดความแข็งแรง ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญสำหรับโครงสร้างอาคารที่มีความน่าเชื่อถือและปลอดภัยในการใช้งาน ดังนั้นวัสดุจึงได้รับการทดสอบอย่างรอบคอบและด้วยวิธีการที่แตกต่างกันในทุกสภาวะที่ยอมรับได้โดยไม่สูญเสียคุณสมบัติทางกลในระดับสูง
วิธีการควบคุม
สำหรับการทดสอบคุณลักษณะของวัสดุโดยไม่ทำลาย การเลือกวิธีการที่มีประสิทธิภาพเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่ง ที่ถูกต้องและน่าสนใจที่สุดในเรื่องนี้คือวิธีการตรวจหาข้อบกพร่อง - การควบคุมข้อบกพร่อง ที่นี่จำเป็นต้องรู้และเข้าใจความแตกต่างระหว่างวิธีการในการใช้วิธีการตรวจจับข้อบกพร่องและวิธีการในการพิจารณาทางกายภาพลักษณะทางกลเนื่องจากมีความแตกต่างกันโดยพื้นฐาน หากส่วนหลังขึ้นอยู่กับการควบคุมพารามิเตอร์ทางกายภาพและความสัมพันธ์ที่ตามมากับลักษณะทางกลของวัสดุ การตรวจจับข้อบกพร่องจะขึ้นอยู่กับการแปลงรังสีโดยตรงที่สะท้อนจากข้อบกพร่องหรือผ่านสภาพแวดล้อมที่มีการควบคุม
สิ่งที่ดีที่สุดคือการควบคุมที่ซับซ้อน ความซับซ้อนอยู่ในการกำหนดพารามิเตอร์ทางกายภาพที่เหมาะสมที่สุด ซึ่งสามารถใช้เพื่อระบุความแข็งแรงและลักษณะทางกายภาพและทางกลอื่นๆ ของตัวอย่างได้ และในขณะเดียวกันก็มีการพัฒนาชุดเครื่องมือที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการควบคุมข้อบกพร่องของโครงสร้างและดำเนินการ และสุดท้าย การประเมินแบบบูรณาการของเนื้อหานี้ปรากฏขึ้น: ประสิทธิภาพของวัสดุถูกกำหนดโดยพารามิเตอร์ทั้งหมดที่ช่วยกำหนดวิธีการที่ไม่ทำลายล้าง
การทดสอบเครื่องกล
คุณสมบัติทางกลของวัสดุได้รับการทดสอบและประเมินโดยใช้การทดสอบเหล่านี้ การควบคุมประเภทนี้ปรากฏขึ้นเมื่อนานมาแล้ว แต่ก็ยังไม่สูญเสียความเกี่ยวข้อง แม้แต่วัสดุไฮเทคสมัยใหม่ก็มักถูกวิพากษ์วิจารณ์อย่างรุนแรงจากผู้บริโภค และนี่แสดงให้เห็นว่าควรทำการทดสอบอย่างระมัดระวังมากขึ้น ดังที่ได้กล่าวไปแล้ว การทดสอบทางกลสามารถแบ่งออกเป็นสองประเภท: แบบสถิตและไดนามิก อดีตตรวจสอบผลิตภัณฑ์หรือตัวอย่างสำหรับแรงบิด ความตึง การบีบอัด การดัด และหลังสำหรับความแข็งและแรงกระแทก อุปกรณ์ที่ทันสมัยช่วยดำเนินการตามขั้นตอนที่ไม่ง่ายเกินไปและมีคุณภาพสูง และระบุปัญหาในการปฏิบัติงานทั้งหมดคุณสมบัติของวัสดุนี้
การทดสอบแรงดึงสามารถเปิดเผยความต้านทานของวัสดุต่อผลกระทบของค่าคงที่ที่ใช้หรือความเค้นแรงดึงที่เพิ่มขึ้น วิธีการนี้เก่า ทดสอบแล้วเข้าใจ ใช้มาช้านานและยังคงใช้กันอย่างแพร่หลาย ตัวอย่างถูกยืดออกตามแนวแกนตามยาวโดยใช้ฟิกซ์เจอร์ในเครื่องทดสอบ อัตราแรงดึงของตัวอย่างคงที่ โหลดวัดโดยเซ็นเซอร์พิเศษ ในขณะเดียวกันก็มีการตรวจสอบการยืดตัวตลอดจนการปฏิบัติตามภาระที่ใช้ ผลลัพธ์ของการทดสอบดังกล่าวมีประโยชน์อย่างยิ่งหากมีการออกแบบใหม่ เนื่องจากยังไม่มีใครรู้ว่าจะมีการทำงานอย่างไรภายใต้ภาระงาน การระบุพารามิเตอร์ทั้งหมดของความยืดหยุ่นของวัสดุเท่านั้นที่สามารถแนะนำได้ ความเค้นสูงสุด - ความแข็งแรงของผลผลิตทำให้คำจำกัดความของโหลดสูงสุดที่วัสดุที่กำหนดสามารถทนต่อได้ ซึ่งจะช่วยคำนวณมาร์จิ้นของความปลอดภัย
ทดสอบความแข็ง
ความแข็งของวัสดุคำนวณจากโมดูลัสความยืดหยุ่น การผสมผสานระหว่างความลื่นไหลและความกระด้างช่วยในการกำหนดความยืดหยุ่นของวัสดุ หากกระบวนการทางเทคโนโลยีประกอบด้วยการดำเนินการเช่นการเจาะ การรีด การกด ก็จำเป็นต้องทราบขนาดของการเปลี่ยนรูปพลาสติกที่เป็นไปได้ ด้วยความเป็นพลาสติกสูง วัสดุจะสามารถมีรูปร่างใด ๆ ภายใต้ภาระที่เหมาะสม การทดสอบแรงกดยังสามารถใช้เป็นวิธีการกำหนดระยะขอบของความปลอดภัยได้อีกด้วย ยิ่งถ้าวัสดุมันเปราะบาง
ทดสอบความแข็งด้วยIdentator ซึ่งทำจากวัสดุที่แข็งกว่ามาก บ่อยครั้งที่การทดสอบนี้ดำเนินการตามวิธี Brinell (กดลูกบอล), Vickers (ตัวระบุรูปปิรามิด) หรือ Rockwell (ใช้กรวย) ตัวระบุถูกกดลงบนพื้นผิวของวัสดุด้วยแรงบางอย่างในช่วงระยะเวลาหนึ่ง จากนั้นจึงทำการศึกษารอยประทับที่เหลืออยู่บนตัวอย่าง มีการทดสอบอื่นๆ ที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย: สำหรับความทนต่อแรงกระแทก เช่น เมื่อประเมินความต้านทานของวัสดุในขณะที่ใช้งานโหลด