Pour évaluer les propriétés de performance des produits et déterminer les caractéristiques physiques et mécaniques des matériaux, diverses instructions, GOST et autres documents réglementaires et consultatifs sont utilisés. Des méthodes pour tester la destruction de toute une série de produits ou d'échantillons d'un même type de matériau sont également recommandées. Ce n'est pas une méthode très économique, mais elle est efficace.
Définition des caractéristiques
Les principales caractéristiques des propriétés mécaniques des matériaux sont les suivantes.
1. Résistance à la traction ou résistance à la traction - cette force de contrainte qui est fixée à la charge la plus élevée avant la destruction de l'échantillon. Les caractéristiques mécaniques de résistance et de plasticité des matériaux décrivent les propriétés des solides à résister aux changements de forme irréversibles et à la destruction sous l'influence de charges externes.
2. La limite d'élasticité conditionnelle est la contrainte lorsque la déformation résiduelle atteint 0,2 % de la longueur de l'échantillon. C'estla moindre contrainte tandis que l'échantillon continue à se déformer sans augmentation notable de la contrainte.
3. La limite de résistance à long terme est appelée la plus grande contrainte, à une température donnée, provoquant la destruction de l'échantillon pendant un certain temps. La détermination des caractéristiques mécaniques des matériaux se concentre sur les unités ultimes de résistance à long terme - la destruction se produit à 7 000 degrés Celsius en 100 heures.
4. La limite de fluage conditionnelle est la contrainte qui provoque à une température donnée pendant un certain temps dans l'échantillon un allongement donné, ainsi que la vitesse de fluage. La limite est la déformation du métal pendant 100 heures à 7 000 degrés Celsius de 0,2 %. Le fluage est un certain taux de déformation des métaux sous une charge constante et à haute température pendant une longue période. La résistance à la chaleur est la résistance d'un matériau à la rupture et au fluage.
5. La limite de fatigue est la valeur la plus élevée de la contrainte du cycle lorsque la rupture par fatigue ne se produit pas. Le nombre de cycles de chargement peut être donné ou arbitraire, selon la façon dont les essais mécaniques des matériaux sont planifiés. Les caractéristiques mécaniques incluent la fatigue et l'endurance du matériau. Sous l'action des charges dans le cycle, les dommages s'accumulent, des fissures se forment, entraînant la destruction. C'est la fatigue. Et la propriété de résistance à la fatigue est l'endurance.
Étirement et rétrécissement
Matériaux utilisés en ingénieriepratiques sont divisées en deux groupes. Le premier est plastique, pour la destruction duquel des déformations résiduelles importantes doivent apparaître, le second est cassant, s'effondrant à de très petites déformations. Naturellement, une telle division est très arbitraire, car chaque matériau, selon les conditions créées, peut se comporter à la fois comme fragile et comme ductile. Cela dépend de la nature de l'état de contrainte, de la température, de la vitesse de déformation et d'autres facteurs.
Les caractéristiques mécaniques des matériaux en traction et en compression sont éloquentes aussi bien pour les matériaux ductiles que fragiles. Par exemple, l'acier doux est testé en traction, tandis que la fonte est testée en compression. La fonte est fragile, l'acier est ductile. Les matériaux fragiles ont une plus grande résistance à la compression, tandis que la déformation en traction est pire. Les plastiques ont approximativement les mêmes caractéristiques mécaniques que les matériaux en compression et en traction. Cependant, leur seuil est toujours déterminé par l'étirement. Ce sont ces méthodes qui permettent de déterminer plus précisément les caractéristiques mécaniques des matériaux. Le diagramme de tension et de compression est présenté dans les illustrations de cet article.
Fragilité et plasticité
Qu'est-ce que la plasticité et la fragilité ? Le premier est la capacité de ne pas s'effondrer, recevant des déformations résiduelles en grande quantité. Cette propriété est déterminante pour les opérations technologiques les plus importantes. Le pliage, l'étirage, l'emboutissage, l'emboutissage et bien d'autres opérations dépendent des caractéristiques de la plasticité. Les matériaux ductiles comprennent le cuivre recuit, le laiton, l'aluminium, l'acier doux, l'or et similaires. Bronze beaucoup moins ductileet dure. Presque tous les aciers alliés sont très faiblement ductiles.
Les caractéristiques de résistance des matériaux plastiques sont comparées à la limite d'élasticité, qui sera discutée ci-dessous. Les propriétés de fragilité et de plasticité sont fortement influencées par la température et le taux de chargement. Une tension rapide rend le matériau cassant, tandis qu'une tension lente le rend ductile. Par exemple, le verre est un matériau fragile, mais il peut supporter une charge à long terme si la température est normale, c'est-à-dire qu'il présente les propriétés de plasticité. Et l'acier doux est ductile, mais sous une charge de choc, il apparaît comme un matériau fragile.
Méthode de variation
Les caractéristiques physico-mécaniques des matériaux sont déterminées par l'excitation de vibrations longitudinales, de flexion, de torsion et d'autres types de vibrations encore plus complexes, et en fonction de la taille des échantillons, des formes, des types de récepteur et d'excitateur, des méthodes de fixation et schémas d'application des charges dynamiques. Les produits de grande taille sont également soumis à des tests utilisant cette méthode, si la méthode d'application dans les méthodes d'application de la charge, d'excitation des vibrations et de leur enregistrement est modifiée de manière significative. La même méthode est utilisée pour déterminer les caractéristiques mécaniques des matériaux lorsqu'il est nécessaire d'évaluer la rigidité de structures de grande taille. Cependant, cette méthode n'est pas utilisée pour la détermination locale des caractéristiques matérielles d'un produit. L'application pratique de la technique n'est possible que lorsque les dimensions géométriques et la densité sont connues, lorsqu'il est possible de fixer le produit sur des supports, et sur leproduit - convertisseurs, certaines conditions de température sont nécessaires, etc.
Par exemple, lors d'un changement de régime de température, l'un ou l'autre changement se produit, les caractéristiques mécaniques des matériaux deviennent différentes lorsqu'elles sont chauffées. Presque tous les corps se dilatent dans ces conditions, ce qui affecte leur structure. Tout corps possède certaines caractéristiques mécaniques des matériaux qui le composent. Si ces caractéristiques ne changent pas dans toutes les directions et restent les mêmes, un tel corps est dit isotrope. Si les caractéristiques physiques et mécaniques des matériaux changent - anisotrope. Ce dernier est une caractéristique de presque tous les matériaux, mais dans une mesure différente. Mais il y a, par exemple, des aciers, où l'anisotropie est très insignifiante. Il est plus prononcé dans des matériaux naturels tels que le bois. Dans les conditions de production, les caractéristiques mécaniques des matériaux sont déterminées par le contrôle de la qualité, où divers GOST sont utilisés. Une estimation de l'hétérogénéité est obtenue à partir d'un traitement statistique lorsque les résultats des tests sont résumés. Les échantillons doivent être nombreux et découpés à partir d'un modèle spécifique. Cette méthode d'obtention de caractéristiques technologiques est considérée comme assez laborieuse.
Méthode acoustique
Il existe de nombreuses méthodes acoustiques pour déterminer les propriétés mécaniques des matériaux et leurs caractéristiques, et elles diffèrent toutes dans les modes d'entrée, de réception et d'enregistrement des oscillations en modes sinusoïdal et pulsé. Les méthodes acoustiques sont utilisées dans l'étude, par exemple, des matériaux de construction, de leur épaisseur et de leur état de tension, lors de la détection de défauts. Les caractéristiques mécaniques des matériaux de structure sont également déterminées à l'aide de méthodes acoustiques. De nombreux dispositifs acoustiques électroniques divers sont déjà développés et produits en série, qui permettent d'enregistrer des ondes élastiques, leurs paramètres de propagation aussi bien en mode sinusoïdal qu'en mode pulsé. Sur leur base, les caractéristiques mécaniques de la résistance des matériaux sont déterminées. Si des oscillations élastiques de faible intensité sont utilisées, cette méthode devient absolument sûre.
L'inconvénient de la méthode acoustique est la nécessité d'un contact acoustique, ce qui n'est pas toujours possible. Ces travaux sont donc peu productifs s'il est nécessaire d'obtenir en urgence les caractéristiques mécaniques de résistance des matériaux. Le résultat est fortement influencé par l'état de surface, les formes géométriques et les dimensions du produit étudié, ainsi que par l'environnement dans lequel les tests sont effectués. Pour surmonter ces difficultés, un problème spécifique doit être résolu par une méthode acoustique strictement définie ou, au contraire, plusieurs d'entre elles doivent être utilisées à la fois, cela dépend de la situation spécifique. Par exemple, la fibre de verre se prête bien à une telle étude, car la vitesse de propagation des ondes élastiques est bonne, et donc le sondage de bout en bout est largement utilisé, lorsque le récepteur et l'émetteur sont situés sur des surfaces opposées de l'échantillon.
Défectoscopie
Les méthodes de défectoscopie sont utilisées pour contrôler la qualité des matériaux dans diverses industries. Il existe des méthodes non destructives et destructives. Les éléments non destructifs incluent ce qui suit.
1. La détection des défauts magnétiques est utilisée pour déterminer les fissures de surface et le manque de pénétration. Les zones qui présentent de tels défauts sont caractérisées par des champs parasites. Vous pouvez les détecter avec des appareils spéciaux ou simplement appliquer une couche de poudre magnétique sur toute la surface. Dans les lieux de défauts, l'emplacement de la poudre changera même lorsqu'elle est appliquée.
2. La défectoscopie est également réalisée à l'aide d'ultrasons. Le faisceau directionnel sera réfléchi (diffusé) différemment, même s'il existe des discontinuités au plus profond de l'échantillon.
3. Les défauts du matériau sont bien mis en évidence par la méthode de recherche par rayonnement, basée sur la différence d'absorption du rayonnement par un milieu de densité différente. La détection des défauts gamma et les rayons X sont utilisés.
4. Détection de défauts chimiques. Si la surface est gravée avec une solution faible d'acide nitrique, d'acide chlorhydrique ou d'un mélange de ceux-ci (eau régale), alors aux endroits où il y a des défauts, un réseau apparaît sous la forme de rayures noires. Vous pouvez appliquer une méthode dans laquelle les empreintes de soufre sont supprimées. Dans les endroits où le matériau est inhomogène, le soufre devrait changer de couleur.
Méthodes destructives
Les méthodes destructives sont déjà partiellement démantelées ici. Les échantillons sont testés pour la flexion, la compression, la tension, c'est-à-dire que des méthodes destructives statiques sont utilisées. Si le produitsont testés avec des charges cycliques variables sur la flexion par impact - les propriétés dynamiques sont déterminées. Les méthodes macroscopiques dressent un tableau général de la structure du matériau et en grands volumes. Pour une telle étude, des échantillons spécialement polis sont nécessaires, qui sont soumis à une gravure. Ainsi, il est possible d'identifier la forme et la disposition des grains, par exemple, dans l'acier, la présence de cristaux avec déformation, fibres, coquilles, bulles, fissures et autres inhomogénéités de l'alliage.
Les méthodes microscopiques étudient la microstructure et révèlent les plus petits défauts. Les échantillons sont préalablement meulés, polis puis gravés de la même manière. Des tests supplémentaires impliquent l'utilisation de microscopes électriques et optiques et l'analyse par diffraction des rayons X. La base de cette méthode est l'interférence des rayons diffusés par les atomes d'une substance. Les caractéristiques du matériau sont contrôlées en analysant le diagramme de diffraction des rayons X. Les caractéristiques mécaniques des matériaux déterminent leur résistance, ce qui est essentiel pour construire des structures fiables et sûres en fonctionnement. Par conséquent, le matériau est testé avec soin et par différentes méthodes dans toutes les conditions qu'il est capable d'accepter sans perdre un haut niveau de caractéristiques mécaniques.
Méthodes de contrôle
Pour effectuer des contrôles non destructifs des caractéristiques des matériaux, le bon choix de méthodes efficaces est d'une grande importance. Les plus précises et les plus intéressantes à cet égard sont les méthodes de détection des défauts - contrôle des défauts. Ici, il est nécessaire de connaître et de comprendre les différences entre les méthodes de mise en œuvre des méthodes de détection de défauts et les méthodes de détermination de la physiquecaractéristiques mécaniques, car elles sont fondamentalement différentes les unes des autres. Si ces derniers sont basés sur le contrôle des paramètres physiques et leur corrélation ultérieure avec les caractéristiques mécaniques du matériau, alors la détection des défauts est basée sur la conversion directe du rayonnement réfléchi par un défaut ou traversant un environnement contrôlé.
La meilleure chose, bien sûr, est un contrôle complexe. La complexité réside dans la détermination des paramètres physiques optimaux, qui peuvent être utilisés pour identifier la résistance et d'autres caractéristiques physiques et mécaniques de l'échantillon. Et aussi, dans le même temps, un ensemble optimal de moyens de contrôle des défauts structurels est développé puis mis en œuvre. Et, enfin, une évaluation intégrale de ce matériau apparaît: ses performances sont déterminées par toute une série de paramètres qui ont permis de déterminer des méthodes non destructives.
Essais mécaniques
Les propriétés mécaniques des matériaux sont testées et évaluées à l'aide de ces tests. Ce type de contrôle est apparu il y a longtemps, mais n'a toujours pas perdu de sa pertinence. Même les matériaux high-tech modernes sont souvent et sévèrement critiqués par les consommateurs. Et cela suggère que les examens devraient être effectués avec plus de soin. Comme déjà mentionné, les essais mécaniques peuvent être divisés en deux types: statiques et dynamiques. Les premiers vérifient le produit ou l'échantillon pour la torsion, la tension, la compression, la flexion, et les seconds pour la dureté et la résistance aux chocs. Un équipement moderne permet d'effectuer ces procédures pas trop simples avec une qualité élevée et d'identifier tous les problèmes opérationnels.propriétés de ce matériau.
Les tests de traction peuvent révéler la résistance d'un matériau aux effets d'une contrainte de traction appliquée constante ou croissante. La méthode est ancienne, testée et compréhensible, utilisée depuis très longtemps et est encore largement utilisée. L'échantillon est étiré le long de l'axe longitudinal au moyen d'un montage dans la machine d'essai. La vitesse de traction de l'échantillon est constante, la charge est mesurée par un capteur spécial. Dans le même temps, l'allongement est surveillé, ainsi que sa conformité à la charge appliquée. Les résultats de ces tests sont extrêmement utiles si de nouvelles conceptions doivent être réalisées, car personne ne sait encore comment ils se comporteront sous charge. Seule l'identification de tous les paramètres de l'élasticité du matériau peut le suggérer. Contrainte maximale - la limite d'élasticité fait la définition de la charge maximale qu'un matériau donné peut supporter. Cela aidera à calculer la marge de sécurité.
Test de dureté
La rigidité du matériau est calculée à partir du module d'élasticité. La combinaison de la fluidité et de la dureté aide à déterminer l'élasticité du matériau. Si le processus technologique contient des opérations telles que le brochage, le laminage, le pressage, il est simplement nécessaire de connaître l'ampleur de la déformation plastique possible. Avec une grande plasticité, le matériau pourra prendre n'importe quelle forme sous la charge appropriée. Un test de compression peut également servir de méthode pour déterminer la marge de sécurité. Surtout si le matériel est fragile.
La dureté est testée en utilisantIdentator, qui est fait d'un matériau beaucoup plus dur. Le plus souvent, ce test est réalisé selon la méthode Brinell (une bille est enfoncée), Vickers (un identificateur en forme de pyramide) ou Rockwell (un cône est utilisé). Un identifiant est enfoncé dans la surface du matériau avec une certaine force pendant une certaine période de temps, puis l'empreinte restant sur l'échantillon est étudiée. Il existe d'autres tests assez répandus: pour la résistance aux chocs, par exemple, lorsqu'on évalue la résistance d'un matériau au moment de l'application d'une charge.
