Untuk mengevaluasi sifat kinerja produk dan menentukan karakteristik fisik dan mekanik bahan, berbagai instruksi, GOST, dan dokumen peraturan dan konsultasi lainnya digunakan. Metode pengujian penghancuran seluruh rangkaian produk atau sampel dari jenis bahan yang sama juga direkomendasikan. Ini bukan metode yang sangat ekonomis, tetapi efektif.
Definisi karakteristik
Karakteristik utama dari sifat mekanik bahan adalah sebagai berikut.
1. Kekuatan tarik atau kekuatan tarik - bahwa gaya tegangan yang ditetapkan pada beban tertinggi sebelum penghancuran sampel. Karakteristik mekanik dari kekuatan dan plastisitas bahan menggambarkan sifat padatan untuk menahan perubahan bentuk dan kehancuran yang tidak dapat diubah di bawah pengaruh beban eksternal.
2. Kekuatan luluh bersyarat adalah tegangan ketika regangan sisa mencapai 0,2% dari panjang sampel. Initegangan terkecil saat spesimen terus berubah bentuk tanpa peningkatan tegangan yang nyata.
3. Batas kekuatan jangka panjang disebut tegangan terbesar, pada temperatur tertentu, menyebabkan hancurnya sampel selama waktu tertentu. Penentuan karakteristik mekanik bahan berfokus pada unit utama kekuatan jangka panjang - kehancuran terjadi pada 7.000 derajat Celcius dalam 100 jam.
4. Batas mulur bersyarat adalah tegangan yang menyebabkan pada suhu tertentu untuk waktu tertentu dalam sampel, perpanjangan tertentu, serta laju mulur. Batasnya adalah deformasi logam selama 100 jam pada 7.000 derajat Celcius sebesar 0,2%. Creep adalah tingkat deformasi tertentu dari logam di bawah beban konstan dan suhu tinggi untuk waktu yang lama. Tahan panas adalah ketahanan suatu bahan terhadap patah dan mulur.
5. Batas kelelahan adalah nilai tertinggi dari tegangan siklus ketika kegagalan kelelahan tidak terjadi. Jumlah siklus pembebanan dapat diberikan atau sewenang-wenang, tergantung pada bagaimana pengujian mekanis bahan direncanakan. Karakteristik mekanik meliputi kelelahan dan daya tahan material. Di bawah aksi beban dalam siklus, kerusakan menumpuk, retakan terbentuk, yang mengarah ke kehancuran. Ini adalah kelelahan. Dan sifat ketahanan lelah adalah daya tahan.
Meregangkan dan mengecilkan
Bahan yang digunakan dalam rekayasapraktikum dibagi menjadi dua kelompok. Yang pertama adalah plastis, untuk penghancuran di mana deformasi sisa yang signifikan harus muncul, yang kedua rapuh, runtuh pada deformasi yang sangat kecil. Secara alami, pembagian seperti itu sangat sewenang-wenang, karena setiap bahan, tergantung pada kondisi yang dibuat, dapat berperilaku rapuh dan ulet. Itu tergantung pada sifat dari keadaan tegangan, suhu, laju regangan dan faktor lainnya.
Karakteristik mekanis bahan dalam tarik dan tekan sangat baik untuk ulet dan getas. Misalnya baja ringan diuji tarik, sedangkan besi tuang diuji tekan. Besi cor rapuh, baja ulet. Bahan rapuh memiliki kekuatan tekan yang lebih besar, sedangkan deformasi tarik lebih buruk. Plastik memiliki karakteristik mekanik yang kurang lebih sama dari bahan dalam kompresi dan ketegangan. Namun, ambang batas mereka masih ditentukan oleh peregangan. Metode inilah yang dapat lebih akurat menentukan karakteristik mekanik bahan. Diagram tegangan dan kompresi ditunjukkan dalam ilustrasi untuk artikel ini.
Kerapuhan dan plastisitas
Apa itu plastisitas dan kerapuhan? Yang pertama adalah kemampuan untuk tidak runtuh, menerima deformasi sisa dalam jumlah besar. Properti ini sangat menentukan untuk operasi teknologi yang paling penting. Membungkuk, menggambar, menggambar, mencap dan banyak operasi lainnya bergantung pada karakteristik plastisitas. Bahan ulet termasuk tembaga anil, kuningan, aluminium, baja ringan, emas, dan sejenisnya. Jauh lebih sedikit perunggu uletdan tahan lama. Hampir semua baja paduan sangat ulet.
Karakteristik kekuatan bahan plastik dibandingkan dengan kekuatan luluh, yang akan dibahas di bawah ini. Sifat getas dan plastisitas sangat dipengaruhi oleh temperatur dan kecepatan pembebanan. Ketegangan cepat membuat bahan rapuh, sedangkan tegangan lambat membuatnya ulet. Misalnya, kaca adalah bahan yang rapuh, tetapi dapat menahan beban jangka panjang jika suhunya normal, yaitu menunjukkan sifat plastisitas. Dan baja ringan bersifat ulet, tetapi di bawah beban kejut tampak sebagai bahan yang rapuh.
Metode Variasi
Karakteristik fisiko-mekanis bahan ditentukan oleh eksitasi longitudinal, lentur, torsional, dan jenis getaran lain yang lebih kompleks, dan tergantung pada ukuran sampel, bentuk, jenis penerima dan pembangkit, metode pengikatan dan skema untuk menerapkan beban dinamis. Produk berukuran besar juga tunduk pada pengujian menggunakan metode ini, jika metode penerapan dalam metode penerapan beban, eksitasi getaran dan pendaftarannya berubah secara signifikan. Metode yang sama digunakan untuk menentukan karakteristik mekanik bahan ketika diperlukan untuk menilai kekakuan struktur berukuran besar. Namun, metode ini tidak digunakan untuk penentuan lokal karakteristik material dalam suatu produk. Penerapan praktis dari teknik ini hanya mungkin jika dimensi geometris dan kerapatan diketahui, bila memungkinkan untuk memasang produk pada penyangga, dan padaproduk - konverter, kondisi suhu tertentu diperlukan, dll.
Misalnya, ketika mengubah rezim suhu, satu atau lain perubahan terjadi, karakteristik mekanik bahan menjadi berbeda saat dipanaskan. Hampir semua benda mengembang dalam kondisi ini, yang memengaruhi strukturnya. Setiap benda memiliki karakteristik mekanis tertentu dari bahan penyusunnya. Jika karakteristik ini tidak berubah ke segala arah dan tetap sama, benda seperti itu disebut isotropik. Jika karakteristik fisik dan mekanik bahan berubah - anisotropik. Yang terakhir adalah fitur karakteristik dari hampir semua bahan, hanya pada tingkat yang berbeda. Tetapi ada, misalnya, baja, di mana anisotropi sangat kecil. Ini paling menonjol dalam bahan-bahan alami seperti kayu. Dalam kondisi produksi, karakteristik mekanis bahan ditentukan melalui kontrol kualitas, di mana berbagai GOST digunakan. Perkiraan heterogenitas diperoleh dari pemrosesan statistik ketika hasil pengujian dirangkum. Sampel harus banyak dan dipotong dari desain tertentu. Metode memperoleh karakteristik teknologi ini dianggap cukup melelahkan.
Metode akustik
Ada banyak metode akustik untuk menentukan sifat mekanik bahan dan karakteristiknya, dan semuanya berbeda dalam cara input, penerimaan, dan registrasi osilasi dalam mode sinusoidal dan pulsa. Metode akustik digunakan dalam penelitian, misalnya, bahan bangunan, ketebalan dan keadaan tegangannya, selama deteksi cacat. Karakteristik mekanik bahan struktural juga ditentukan dengan menggunakan metode akustik. Berbagai perangkat akustik elektronik telah dikembangkan dan diproduksi secara massal, yang memungkinkan perekaman gelombang elastis, parameter propagasinya baik dalam mode sinusoidal maupun pulsa. Atas dasar mereka, karakteristik mekanis dari kekuatan material ditentukan. Jika osilasi elastis dengan intensitas rendah digunakan, metode ini menjadi benar-benar aman.
Kelemahan metode akustik adalah kebutuhan akan kontak akustik, yang tidak selalu memungkinkan. Oleh karena itu, karya-karya ini tidak terlalu produktif jika perlu segera memperoleh karakteristik mekanis dari kekuatan material. Hasilnya sangat dipengaruhi oleh keadaan permukaan, bentuk geometris dan dimensi produk yang diteliti, serta lingkungan tempat pengujian dilakukan. Untuk mengatasi kesulitan-kesulitan ini, masalah tertentu harus diselesaikan dengan metode akustik yang ditentukan secara ketat atau, sebaliknya, beberapa di antaranya harus digunakan sekaligus, itu tergantung pada situasi tertentu. Sebagai contoh, fiberglass cocok untuk studi semacam itu, karena kecepatan rambat gelombang elastis baik, dan oleh karena itu suara ujung-ke-ujung banyak digunakan, ketika penerima dan emitor terletak pada permukaan sampel yang berlawanan.
Defectoscopy
Metode defectoscopy digunakan untuk mengontrol kualitas material di berbagai industri. Ada metode non-destruktif dan destruktif. Non-destruktif termasuk yang berikut.
1. Deteksi cacat magnetik digunakan untuk menentukan retakan permukaan dan kurangnya penetrasi. Daerah yang memiliki cacat seperti itu ditandai dengan bidang liar. Anda dapat mendeteksinya dengan perangkat khusus atau hanya mengoleskan selapis bubuk magnetik di seluruh permukaan. Di tempat-tempat yang cacat, lokasi bedak akan berubah bahkan saat diaplikasikan.
2. Defectoscopy juga dilakukan dengan bantuan ultrasound. Sinar arah akan dipantulkan (hamburan) secara berbeda, bahkan jika ada diskontinuitas jauh di dalam sampel.
3. Cacat pada bahan ditunjukkan dengan baik oleh penelitian metode radiasi, berdasarkan perbedaan penyerapan radiasi oleh media dengan kepadatan berbeda. Deteksi cacat gamma dan sinar-X digunakan.
4. Deteksi cacat kimia. Jika permukaan tergores dengan larutan asam nitrat, asam klorida, atau campurannya yang lemah (aqua regia), maka di tempat-tempat yang cacat, jaringan muncul dalam bentuk garis-garis hitam. Anda dapat menerapkan metode di mana cetakan belerang dihilangkan. Di tempat-tempat di mana bahannya tidak homogen, belerang harus berubah warna.
Metode destruktif
Metode destruktif sudah dibongkar sebagian di sini. Sampel diuji untuk lentur, kompresi, tegangan, yaitu metode destruktif statis digunakan. Jika produkdiuji dengan beban siklik variabel pada pembengkokan benturan - sifat dinamis ditentukan. Metode makroskopik menggambar gambaran umum tentang struktur material dan dalam volume yang besar. Untuk penelitian semacam itu, diperlukan sampel yang dipoles khusus, yang dikenai etsa. Jadi, dimungkinkan untuk mengidentifikasi bentuk dan susunan butir, misalnya, pada baja, keberadaan kristal dengan deformasi, serat, cangkang, gelembung, retakan, dan ketidakhomogenan paduan lainnya.
Metode mikroskopis mempelajari struktur mikro dan mengungkap cacat terkecil. Sampel digiling terlebih dahulu, dipoles dan kemudian digores dengan cara yang sama. Pengujian lebih lanjut melibatkan penggunaan mikroskop listrik dan optik serta analisis difraksi sinar-X. Dasar dari metode ini adalah interferensi sinar yang dihamburkan oleh atom-atom suatu zat. Karakteristik material dikendalikan dengan menganalisis pola difraksi sinar-X. Karakteristik mekanis bahan menentukan kekuatannya, yang merupakan hal utama untuk struktur bangunan yang andal dan aman dalam pengoperasiannya. Oleh karena itu, bahan tersebut diuji dengan hati-hati dan dengan metode yang berbeda dalam semua kondisi yang dapat diterima tanpa kehilangan karakteristik mekanis tingkat tinggi.
Metode kontrol
Untuk melakukan pengujian non-destruktif dari karakteristik bahan, pilihan yang tepat dari metode yang efektif sangat penting. Yang paling akurat dan menarik dalam hal ini adalah metode deteksi cacat - kontrol cacat. Disini perlu diketahui dan dipahami perbedaan antara metode penerapan metode deteksi cacat dan metode penentuan fisikkarakteristik mekanik, karena mereka secara fundamental berbeda satu sama lain. Jika yang terakhir didasarkan pada kontrol parameter fisik dan korelasi selanjutnya dengan karakteristik mekanis material, maka deteksi cacat didasarkan pada konversi langsung radiasi yang dipantulkan dari cacat atau melewati lingkungan yang terkendali.
Yang terbaik, tentu saja, adalah kontrol yang rumit. Kompleksitasnya terletak pada penentuan parameter fisik yang optimal, yang dapat digunakan untuk mengidentifikasi kekuatan dan karakteristik fisik dan mekanik sampel lainnya. Dan juga, pada saat yang sama, seperangkat alat yang optimal untuk mengendalikan cacat struktural dikembangkan dan kemudian diimplementasikan. Dan, akhirnya, penilaian integral dari materi ini muncul: kinerjanya ditentukan oleh berbagai parameter yang membantu menentukan metode non-destruktif.
Pengujian mekanis
Sifat mekanik bahan diuji dan dievaluasi dengan bantuan tes ini. Jenis kontrol ini muncul sejak lama, tetapi masih belum kehilangan relevansinya. Bahkan bahan berteknologi tinggi modern sering dan sangat dikritik oleh konsumen. Dan ini menunjukkan bahwa pemeriksaan harus dilakukan lebih hati-hati. Seperti yang telah disebutkan, tes mekanis dapat dibagi menjadi dua jenis: statis dan dinamis. Yang pertama memeriksa produk atau sampel untuk torsi, tegangan, kompresi, tekukan, dan yang terakhir untuk kekerasan dan kekuatan benturan. Peralatan modern membantu melakukan prosedur yang tidak terlalu sederhana ini dengan kualitas tinggi dan untuk mengidentifikasi semua masalah operasional.sifat bahan ini.
Pengujian tegangan dapat mengungkapkan ketahanan material terhadap efek tegangan tarik yang konstan atau meningkat. Metode ini sudah tua, teruji dan dapat dimengerti, digunakan untuk waktu yang sangat lama dan masih banyak digunakan. Sampel diregangkan sepanjang sumbu longitudinal dengan menggunakan perlengkapan di mesin uji. Tingkat tarik sampel konstan, beban diukur dengan sensor khusus. Pada saat yang sama, perpanjangan dipantau, serta kepatuhannya dengan beban yang diterapkan. Hasil tes tersebut sangat berguna jika desain baru akan dibuat, karena belum ada yang tahu bagaimana mereka akan berperilaku di bawah beban. Hanya identifikasi semua parameter elastisitas material yang dapat disarankan. Tegangan maksimum - kekuatan luluh membuat definisi beban maksimum yang dapat ditahan oleh material tertentu. Ini akan membantu menghitung margin keamanan.
Tes kekerasan
Kekakuan material dihitung dari modulus elastisitas. Kombinasi fluiditas dan kekerasan membantu menentukan elastisitas material. Jika proses teknologi mengandung operasi seperti broaching, rolling, pressing, maka hanya perlu mengetahui besarnya kemungkinan deformasi plastis. Dengan plastisitas tinggi, material akan dapat mengambil bentuk apa pun di bawah beban yang sesuai. Uji kompresi juga dapat berfungsi sebagai metode untuk menentukan margin keamanan. Apalagi jika bahannya rapuh.
Kekerasan diuji menggunakanIdentator, yang terbuat dari bahan yang jauh lebih keras. Paling sering, tes ini dilakukan sesuai dengan metode Brinell (bola ditekan ke dalam), Vickers (pengidentifikasi berbentuk piramida) atau Rockwell (kerucut digunakan). Pengidentifikasi ditekan ke permukaan material dengan kekuatan tertentu untuk jangka waktu tertentu, dan kemudian jejak yang tersisa pada sampel dipelajari. Ada tes lain yang cukup banyak digunakan: untuk kekuatan impak, misalnya, ketika ketahanan suatu material dievaluasi pada saat penerapan beban.
