Para evaluar las propiedades de rendimiento de los productos y determinar las características físicas y mecánicas de los materiales, se utilizan varias instrucciones, GOST y otros documentos normativos y de asesoramiento. También se recomiendan métodos para probar la destrucción de toda una serie de productos o muestras del mismo tipo de material. Este no es un método muy económico, pero es efectivo.
Definición de características
Las principales características de las propiedades mecánicas de los materiales son las siguientes.
1. Resistencia a la tracción o resistencia a la tracción - esa fuerza de tensión que se fija en la carga más alta antes de la destrucción de la muestra. Las características mecánicas de resistencia y plasticidad de los materiales describen las propiedades de los sólidos para resistir cambios irreversibles de forma y destrucción bajo la influencia de cargas externas.
2. El límite elástico condicional es la tensión cuando la deformación residual alcanza el 0,2% de la longitud de la muestra. Este esla menor tensión mientras la muestra continúa deformándose sin un aumento notable en la tensión.
3. El límite de resistencia a largo plazo se denomina el mayor estrés, a una temperatura dada, que provoca la destrucción de la muestra durante un tiempo determinado. La determinación de las características mecánicas de los materiales se centra en las unidades últimas de resistencia a largo plazo: la destrucción se produce a los 7000 grados centígrados en 100 horas.
4. El límite de fluencia condicional es el esfuerzo que provoca a una temperatura determinada durante un tiempo determinado en la muestra un alargamiento determinado, así como la velocidad de fluencia. El límite es la deformación del metal durante 100 horas a 7.000 grados centígrados en un 0,2%. La fluencia es una cierta tasa de deformación de los metales bajo carga constante y alta temperatura durante mucho tiempo. La resistencia al calor es la resistencia de un material a la fractura y la fluencia.
5. El límite de fatiga es el valor más alto del esfuerzo del ciclo cuando no ocurre falla por fatiga. El número de ciclos de carga puede ser dado o arbitrario, dependiendo de cómo se planifiquen las pruebas mecánicas de los materiales. Las características mecánicas incluyen fatiga y resistencia del material. Bajo la acción de las cargas en el ciclo, el daño se acumula, se forman grietas que conducen a la destrucción. Esto es fatiga. Y la propiedad de resistencia a la fatiga es la resistencia.
Estirar y encoger
Materiales utilizados en ingenieríapráctica se dividen en dos grupos. El primero es plástico, para cuya destrucción deben aparecer deformaciones residuales significativas, el segundo es frágil y se derrumba con deformaciones muy pequeñas. Naturalmente, tal división es muy arbitraria, porque cada material, dependiendo de las condiciones creadas, puede comportarse tanto como frágil como dúctil. Depende de la naturaleza del estado de tensión, la temperatura, la velocidad de deformación y otros factores.
Las características mecánicas de los materiales en tracción y compresión son elocuentes tanto para la dúctil como para la frágil. Por ejemplo, el acero dulce se prueba en tensión, mientras que el hierro fundido se prueba en compresión. El hierro fundido es frágil, el acero es dúctil. Los materiales frágiles tienen mayor resistencia a la compresión, mientras que la deformación por tracción es peor. Los plásticos tienen aproximadamente las mismas características mecánicas de los materiales en compresión y tensión. Sin embargo, su umbral todavía está determinado por el estiramiento. Son estos métodos los que pueden determinar con mayor precisión las características mecánicas de los materiales. El diagrama de tensión y compresión se muestra en las ilustraciones de este artículo.
Fragilidad y plasticidad
¿Qué es la plasticidad y la fragilidad? El primero es la capacidad de no colapsar, recibiendo deformaciones residuales en gran cantidad. Esta propiedad es decisiva para las operaciones tecnológicas más importantes. El doblado, el dibujo, el dibujo, el estampado y muchas otras operaciones dependen de las características de plasticidad. Los materiales dúctiles incluyen cobre recocido, latón, aluminio, acero dulce, oro y similares. Bronce mucho menos dúctily durales. Casi todos los aceros aleados son muy poco dúctiles.
Las características de resistencia de los materiales plásticos se comparan con el límite elástico, que se analizará a continuación. Las propiedades de fragilidad y plasticidad están muy influenciadas por la temperatura y la tasa de carga. La tensión rápida hace que el material se vuelva quebradizo, mientras que la tensión lenta lo vuelve dúctil. Por ejemplo, el vidrio es un material quebradizo, pero puede soportar una carga a largo plazo si la temperatura es normal, es decir, muestra propiedades de plasticidad. Y el acero dulce es dúctil, pero bajo una carga de choque parece un material quebradizo.
Método de variación
Las características físico-mecánicas de los materiales están determinadas por la excitación de vibraciones longitudinales, de flexión, de torsión y de otro tipo, incluso más complejas, y dependiendo del tamaño de las muestras, formas, tipos de receptor y excitador, métodos de fijación y esquemas de aplicación de cargas dinámicas. Los productos de gran tamaño también están sujetos a pruebas con este método, si el método de aplicación en los métodos de aplicación de carga, excitación de vibraciones y registro cambia significativamente. El mismo método se utiliza para determinar las características mecánicas de los materiales cuando es necesario evaluar la rigidez de estructuras de gran tamaño. Sin embargo, este método no se usa para la determinación local de las características del material en un producto. La aplicación práctica de la técnica sólo es posible cuando se conocen las dimensiones geométricas y la densidad, cuando es posible fijar el producto sobre soportes y sobre elproducto - convertidores, se necesitan ciertas condiciones de temperatura, etc.
Por ejemplo, al cambiar los regímenes de temperatura, se produce uno u otro cambio, las características mecánicas de los materiales se vuelven diferentes cuando se calientan. Casi todos los cuerpos se expanden en estas condiciones, lo que afecta su estructura. Cualquier cuerpo tiene ciertas características mecánicas de los materiales que lo componen. Si estas características no cambian en todas las direcciones y permanecen iguales, dicho cuerpo se llama isótropo. Si las características físicas y mecánicas de los materiales cambian - anisotrópico. Este último es un rasgo característico de casi todos los materiales, solo que en diferente medida. Pero hay, por ejemplo, aceros, donde la anisotropía es muy insignificante. Es más pronunciado en materiales naturales como la madera. En condiciones de producción, las características mecánicas de los materiales se determinan a través del control de calidad, donde se utilizan varios GOST. Se obtiene una estimación de la heterogeneidad del procesamiento estadístico cuando se resumen los resultados de la prueba. Las muestras deben ser numerosas y cortadas a partir de un diseño específico. Este método de obtención de características tecnológicas se considera bastante laborioso.
Método acústico
Existen muchos métodos acústicos para determinar las propiedades mecánicas de los materiales y sus características, y todos difieren en las formas de entrada, recepción y registro de las oscilaciones en modo sinusoidal y pulsado. Los métodos acústicos se utilizan en el estudio, por ejemplo, de materiales de construcción, su espesor y estado de tensión, durante la detección de fallas. Las características mecánicas de los materiales estructurales también se determinan mediante métodos acústicos. Ya se están desarrollando y fabricando en serie numerosos dispositivos acústicos electrónicos que permiten registrar ondas elásticas, sus parámetros de propagación tanto en modo sinusoidal como pulsado. Sobre su base, se determinan las características mecánicas de la resistencia de los materiales. Si se utilizan oscilaciones elásticas de baja intensidad, este método se vuelve absolutamente seguro.
La desventaja del método acústico es la necesidad de contacto acústico, que no siempre es posible. Por tanto, estos trabajos son poco productivos si es necesario obtener con urgencia las características mecánicas de resistencia de los materiales. El resultado está muy influenciado por el estado de la superficie, las formas geométricas y dimensiones del producto objeto de estudio, así como el entorno donde se realizan los ensayos. Para superar estas dificultades, se debe resolver un problema específico mediante un método acústico estrictamente definido o, por el contrario, se deben usar varios de ellos a la vez, depende de la situación específica. Por ejemplo, la fibra de vidrio se presta bien para este tipo de estudio, ya que la velocidad de propagación de las ondas elásticas es buena y, por lo tanto, el sondeo de extremo a extremo se usa mucho cuando el receptor y el emisor están ubicados en superficies opuestas de la muestra.
Defectoscopia
Los métodos de defectoscopia se utilizan para controlar la calidad de los materiales en diversas industrias. Hay métodos no destructivos y destructivos. Los no destructivos incluyen lo siguiente.
1. La detección de fallas magnéticas se utiliza para determinar las grietas superficiales y la f alta de penetración. Las áreas que tienen tales defectos se caracterizan por campos dispersos. Puede detectarlos con dispositivos especiales o simplemente aplicar una capa de polvo magnético sobre toda la superficie. En lugares con defectos, la ubicación del polvo cambiará incluso cuando se aplique.
2. La defectoscopia también se lleva a cabo con la ayuda de ultrasonido. El haz direccional se reflejará (dispersará) de manera diferente, incluso si hay discontinuidades en el interior de la muestra.
3. Los defectos en el material se muestran bien mediante el método de investigación de radiación, basado en la diferencia en la absorción de radiación por un medio de diferente densidad. Se utilizan detección de fallas gamma y rayos X.
4. Detección de defectos químicos. Si la superficie se graba con una solución débil de ácido nítrico, ácido clorhídrico o una mezcla de ellos (aqua regia), entonces, en los lugares donde hay defectos, aparece una red en forma de rayas negras. Se puede aplicar un método en el que se eliminan las huellas de azufre. En lugares donde el material no es homogéneo, el azufre debe cambiar de color.
Métodos destructivos
Los métodos destructivos ya están parcialmente desmantelados aquí. Las muestras se prueban para flexión, compresión, tensión, es decir, se utilizan métodos destructivos estáticos. si el productose prueban con cargas cíclicas variables en la flexión por impacto; se determinan las propiedades dinámicas. Los métodos macroscópicos dibujan una imagen general de la estructura del material y en grandes volúmenes. Para tal estudio, se necesitan muestras especialmente pulidas, que se someten a grabado. Así, es posible identificar la forma y disposición de los granos, por ejemplo, en el acero, la presencia de cristales con deformación, fibras, cascarones, burbujas, grietas y otras f altas de homogeneidad de la aleación.
Los métodos microscópicos estudian la microestructura y revelan los defectos más pequeños. Las muestras se muelen preliminarmente, se pulen y luego se graban de la misma manera. Otras pruebas implican el uso de microscopios eléctricos y ópticos y análisis de difracción de rayos X. La base de este método es la interferencia de los rayos que son dispersados por los átomos de una sustancia. Las características del material se controlan analizando el patrón de difracción de rayos X. Las características mecánicas de los materiales determinan su resistencia, que es lo principal para construir estructuras que sean confiables y seguras en su operación. Por lo tanto, el material se prueba cuidadosamente y por diferentes métodos en todas las condiciones que es capaz de aceptar sin perder un alto nivel de características mecánicas.
Métodos de control
Para realizar pruebas no destructivas de las características de los materiales, la elección correcta de métodos efectivos es de gran importancia. Los más precisos e interesantes a este respecto son los métodos de detección de defectos: control de defectos. Aquí es necesario conocer y comprender las diferencias entre los métodos para implementar los métodos de detección de defectos y los métodos para determinar el estado físico.características mecánicas, ya que son fundamentalmente diferentes entre sí. Si estos últimos se basan en el control de parámetros físicos y su posterior correlación con las características mecánicas del material, entonces la detección de fallas se basa en la conversión directa de la radiación que se refleja desde un defecto o pasa por un ambiente controlado.
Lo mejor, por supuesto, es el control complejo. La complejidad radica en la determinación de los parámetros físicos óptimos, que pueden utilizarse para identificar la resistencia y otras características físicas y mecánicas de la muestra. Y también, al mismo tiempo, se desarrolla y luego se implementa un conjunto óptimo de medios para controlar los defectos estructurales. Y, por último, aparece una evaluación integral de este material: su desempeño está determinado por toda una serie de parámetros que ayudaron a determinar métodos no destructivos.
Pruebas mecánicas
Las propiedades mecánicas de los materiales se prueban y evalúan con la ayuda de estas pruebas. Este tipo de control apareció hace mucho tiempo, pero aún no ha perdido su relevancia. Incluso los materiales modernos de alta tecnología son a menudo y severamente criticados por los consumidores. Y esto sugiere que los exámenes deben llevarse a cabo con más cuidado. Como ya se mencionó, las pruebas mecánicas se pueden dividir en dos tipos: estáticas y dinámicas. Los primeros verifican el producto o la muestra en cuanto a torsión, tensión, compresión, flexión y los segundos la dureza y la resistencia al impacto. Los equipos modernos ayudan a realizar estos procedimientos no demasiado simples con alta calidad y a identificar todos los problemas operativos.propiedades de este material.
Las pruebas de tensión pueden revelar la resistencia de un material a los efectos de una tensión de tracción constante o creciente aplicada. El método es antiguo, probado y comprensible, se usó durante mucho tiempo y todavía se usa ampliamente. La muestra se estira a lo largo del eje longitudinal por medio de un accesorio en la máquina de prueba. La tasa de tracción de la muestra es constante, la carga se mide mediante un sensor especial. Al mismo tiempo, se monitorea el alargamiento, así como su conformidad con la carga aplicada. Los resultados de tales pruebas son extremadamente útiles si se van a hacer nuevos diseños, ya que nadie sabe todavía cómo se comportarán bajo carga. Solo la identificación de todos los parámetros de la elasticidad del material puede sugerir. Esfuerzo máximo: el límite elástico define la carga máxima que puede soportar un material determinado. Esto ayudará a calcular el margen de seguridad.
Prueba de dureza
La rigidez del material se calcula a partir del módulo de elasticidad. La combinación de fluidez y dureza ayuda a determinar la elasticidad del material. Si el proceso tecnológico contiene operaciones tales como brochado, laminado, prensado, simplemente es necesario conocer la magnitud de la posible deformación plástica. Con alta plasticidad, el material podrá tomar cualquier forma bajo la carga adecuada. Una prueba de compresión también puede servir como método para determinar el margen de seguridad. Especialmente si el material es frágil.
La dureza se prueba usandoIdentator, que está hecho de un material mucho más duro. La mayoría de las veces, esta prueba se lleva a cabo de acuerdo con el método Brinell (se presiona una bola), Vickers (un identificador en forma de pirámide) o Rockwell (se usa un cono). Se presiona un identificador en la superficie del material con cierta fuerza durante un cierto período de tiempo, y luego se estudia la huella que queda en la muestra. Existen otros ensayos bastante utilizados: para la resistencia al impacto, por ejemplo, cuando se evalúa la resistencia de un material en el momento de la aplicación de una carga.
