Механические испытания материалов

Виды контроля, параметры и методы оценки качества материалов

В зависимости от стадии производства, контроль материалов подразделяют на входной, операционный (технологический) и выходной.

Входной контроль осуществляется при поступлении материала на предприятие и при запуске его в производство с целью уточнения, проверки или установления марки материала, химического состава, свойств и состояния исходного сырья (измельченности, влажности, содержания примесей и т. п.).

В процессе обработки материала производится его технологический (пооперационный) контроль, в результате которого выявляются дефекты и отступления от нормы, возникающие в процессе технологического передела (раковины при литье, трещины при обработке давлением и сварке и т. п.).

Выходной контроль связан с оценкой качества материала готовых деталей и изделий. Результаты такого контроля позволяют дать аттестацию изделия и отражаются в сопроводительной документации (сертификате) на изделие при его отпуске заказчику.

Существует большое разнообразие методов оценки качества материалов, регламентированных соответствующими ГОСТ и ТУ. В частности, в зависимости от методики получения данных и их обработки, эти методы подразделяются на точечные и статистические, в зависимости от методики проведения – на неразрушающие и разрушающие и т. д. В результате оценки качества материала получают количественные характеристики тех или иных его параметров, которые характеризуют основные эксплуатационные свойства материалов. Например, для конструкционных материалов наиболее важными являются химический анализ и испытания механических свойств, позволяющие оценить состав, прочностные и пластические характеристики при статических и динамических воздействиях и т. п. Для материалов специального назначения используются физико-химические методы, например, оценка коррозионной стойкости, магнитных свойств и т. д.

Качество структуры материала изучают визуально, а также с помощью оптических[7] и электронных микроскопов[8]. Для наблюдения структуры на атомном уровне используют сканирующие туннельные микроскопы (СТМ) и атомно-силовые микроскопы (АСМ)[9]. Кристаллографическая структура, а также ее искажения под действием внутренних напряжений исследуются с помощью рентгеноструктурных и электронографических методов.

Под механическими свойствами понимают характеристики, определяющие поведение материала под действием приложенных внешних механических сил. К механическим свойствам относят сопротивление материала деформации (прочность) и сопротивление разрушению (пластичность, вязкость, а также способность не разрушаться при наличии трещин). Механические свойства относятся к важнейшим потребительским свойствам конструкционных материалов.

Существуют десятки видов механических испытаний и технологических проб. В зависимости от способа приложения внешней нагрузки различают испытания на растяжение, сжатие, изгиб, кручение, растяжение с кручением и т. д. В зависимости от скорости приложения нагрузки испытания подразделяют на статические (когда нагрузка прикладывается очень медленно) и динамические (когда нагрузка прикладывается быстро). Результаты статических испытаний используются при оценке эксплуатационных свойств материалов при неизменных или медленно изменяющихся нагрузках, а динамических – при быстро изменяющихся циклических или ударных нагрузках. Для обеспечения воспроизводимости результатов все испытания проводят по стандартизованным методикам.

Самыми распространенными механическими испытаниями являются испытание на растяжение, определение твердости и определение ударной вязкости при изгибе.

Испытания на вязкость разрушения, усталость, живучесть используют в основном только для материалов, идущих на изготовление самых ответственных конструкций.