Виды испытаний металлов

Актуальность

С целью контроля качества производства применяются различные виды испытаний металлов (химические, физические, механические и другие). Главная задача таких исследований — сравнительный анализ характеристик по заданным параметрам. Так, испытания на усталость металла проводятся с целью определения пределов выносливости материала в определенных условиях эксплуатации. Как правило, для этого проводятся нагрузки по циклической схеме.

Одним из важнейших параметров конструкционных элементов выступает прочность, которую проверяют, в том числе, проведением испытаний металлов на изгиб с помощью растягивающих и сжимающих напряжений. Способ проведения такого вида исследования качеств материала регламентирует ГОСТ 14019–80. Определяя стойкости к ударным (динамическим) нагрузкам, используют испытания на ударную вязкость металла, особенность которых заключается в понижении температуры тестируемого образца.

Не меньшей распространенностью могут похвастаться испытания металлов на разрыв или растяжение. Данное исследование направлено на определение предела упругости материала, текучести, прочности и его относительного удлинения, а также сужения. Еще одним методом тестирования металлов и сплавов является определение твердости по общепринятым шкалам:

·Бринеллю;

·Роквеллу;

·Виккерсу.

Проводятся следующие неразрушающее тестирование металлов химическое, механическое, технологическое, металлографическое. Цель тестирования состоит в том, чтобы оценить качество материала, определить его эксплуатационные характеристики.

Механические методы

Механические методы выявляют устойчивость сплавов к различного рода нагрузкам, дают информацию о прочности и пластичности материала. Тестирование проводиться в условиях либо постепенного повышения напряжений (статической нагрузки), либо ударного нагружения (динамической нагрузки).

Испытание на растяжение. Стандартный образец имеет установленные ГОСТом параметры: для круглого образца длина равна l0d; для плоского образца длина равна 11, З площади поперечного сечения образца, выраженного в мм2. Тестирование проходит на специальном станке. Образец растягивается вдоль оси до разрыва, с автоматической записью диаграммы деформации.

Испытание на твёрдость. Если сплав отличается твердостью (закаленная сталь), а также для тонколистовых сталей твердость определяют по Роквеллу, вдавливая в образец шарик диаметром 1,59 мм или алмазный конус. Показатель твердости по Роквеллу HR можно перевести в показатель твердости по Бринеллю Н. В. по специальным таблицам. Для углеродистых сталей с пределом прочности 400 — 1000 МПа есть зависимость между твердостью по Бринеллю Н. В. и пределом прочности при растяжении: 0 = 0,36 НВ.

Испытание на изгиб. Испытание определяет способность листового металла деформироваться согласно заданной форме. Образец вырезают из листа без обработки поверхности и изгибают на специальном прессе.

Испытание на удар (испытание на хрупкость). Испытание проводят на специальных маятниковых копрах, помещая туда стандартные образцы с надрезом. Этим испытанием определяют способность сплава противостоять действию динамических нагрузок. Чем пластичнее металл, тем выше устойчивость к ударным нагрузкам.

Испытания на усталость. Испытание определяет устойчивость к циклическим нагрузкам и вибрации, при которых материал не разрушается. Обычно применяется машина для испытания на усталость при изгибе. Цилиндрический образец подвергаются действию нагрузок сжимающих и растягивающих.

Испытания на ползучесть.Это испытание определяет устойчивость материала к длительной нагрузке при повышенной температуре. Длительность испытания составляет несколько тысяч часов. Надежные результаты получают лишь на специальном оборудовании с точным контролем температуры образца и точным контролем изменений размеров.

Испытания на излом. Образец с шейкой разрушается ударом, полученный излом рассматривают под микроскопом, выявляя включения, поры, волосовины. Этот тест позволяет оценить размер зерна, толщину закаленного слоя, глубину цементации.

Оптические и физические методы

Микроскопическое исследование. Контроль структуры излома проводится металлургическим или поляризационным микроскопом. Излом материала исследуют, выявляя включения, поры, волосовины. Этот тест позволяет оценить размер и форму зерен, фазовые соотношения, толщину закаленного слоя, глубину цементации.

Радиографическое исследование. Это метод часто применяют для контроля качества сварных швов. На полученной рентгенограмме выявляют поры, сегрегацию и трещины. Проведя облучение в двух перпендикулярных проекциях, можно точно определить расположение дефекта.

Магнитно-порошковый контроль пригоден для ферромагнитных материалов — сплавов никеля, железа, кобальта. Поверхностные и некоторые виды внутренних дефектов ферромагнитных материалов удается выявить нанесением магнитного порошка на намагниченный образец.

Химические методы

Химическим испытанием определяется точность химического состава, присутствие или отсутствие необходимых примесей. При травлении поверхность металла подвергают действию химических растворов для выявления пористости, сегрегации и т. п. Наличие примесей серы и фосфора удается обнаружить методом контактных отпечатков, при котором поверхность образца прижимается к сенсибилизированной фотобумаге.

Метод спектроскопического анализа позволяют оперативно проводить качественное определение малых количеств примесей, которые невозможно обнаружить другими химическими методами. С помощью таких приборов, как полихроматоры, квантометры, квантоваки анализируют спектр образца, после чего индикатор указывает процентный состав исследуемого металла.