Контроль механических свойств

Механические свойства определяют в результате механических испытаний, которые основаны на выявлении способности материала к деформированию и определению пределов, до которых контролируемый образец способен выдержать нагрузку без разрушения в строго регламентированных условиях испытаний. Регламентацию условий испытаний, соответствующим определенным стандартам, обеспечивают выполнением условий геометрического подобия (форма и размеры контролируемых образцов), условий механического подобия (схема и скорость приложения нагрузок) и условий физического подобия(внешние условия испытаний – температура и состав окружающей среды). Испытания проводят, как правило, на нескольких образцах и определяют среднее значение контролируемой физической величины.

В исследовательской и производственной практике наибольшее применение находят статические и динамические испытания.

  • При статических испытаниях нагрузка возрастает медленно и плавно в течение продолжительного периода времени вплоть до разрушения образца. К статическим испытаниям относят испытания на растяжение, использующиеся при определении прочностных свойств (прочность – свойство металлов и сплавов не разрушаясь воспринимать механическую нагрузку) и пластических свойств (пластичность – свойство металлов и сплавов под действием нагрузки не разрушаясь изменять свою форму и размеры). Испытания на растяжение проводят на испытательных разрывных машинах механического или гидравлического типа, записывающих диаграмму растяжения. Плоские и цилиндрические образцы стандартизованной формы устанавливают в захватные устройства машины и растягивают до разрушения при определенной скорости раздвижения захватов. Величина пластической деформации образца зависит от материала. Хрупкие материалы, в отличие от пластичных материалов, обладают незначительной пластической деформацией и растягиваются незначительно. Величину приложенного усилия в любой момент времени определяют силоизмерительным устройством испытательной машины, а величину удлинения образца определяют прямым измерением непосредственно на образцах. При испытании на растяжения определяют модуль упругости (модуль Юнга), характеристики прочности: физический и условный пределы текучести и временное сопротивление (предел прочности) и характеристики пластичности: относительное удлинение и относительное сужение.
  • При динамических испытаниях нагрузка возрастает мгновенно и действует в течение короткого периода времени (доли секунды). К ним относят испытания на ударный изгиб, применяемые при определении сопротивления хрупкому разрушению металлов и сплавов (хрупкость – свойство металлов и сплавов разрушаться, не претерпевая заметной пластической деформации).

Испытания на ударный изгиб проводят с использованием маятниковых копров и стандартизованных образцов прямоугольной формы, в которых выполнены надрезы (концентраторы напряжений) для увеличения чувствительности метода. В отличие от испытаний на растяжение, испытания на ударный изгиб, как правило, соответствуют реальным условиям эксплуатации. Ударная нагрузка и концентратор напряжения устраняют появление сдвигающих напряжений и способствуют хрупкому разрушению, при котором металл с достаточно высокой статической прочностью разрушается при малых ударных нагрузках. При испытании определяют работу удара, затраченную на разрушение образца, и ударную вязкость, как удельную работу разрушения образца при различных формах надреза.