Физико-механические испытания

1. Испытание на растяжение

   Любой новый материал должен пройти ряд испытаний, в том числе и механическое испытание на растяжение.
   Испытания на растяжение проводятся по ГОСТ 1497-84, по этому же ГОСТу определяются и образцы на которых проводятся испытания. Испытание на растяжение металла заключаются в растяжении образца с построением графика зависимости удлинения образца от прилагаемой нагрузки.
   Прилагаемая нагрузка для растяжения образца зависит от геометрии этого образца. Чем больше площадь сечения, тем более высокая нагрузка необходима для растяжения образца.
   Кроме характеристик прочности материала, при испытании на растяжение определяют также характеристики пластичности — относительное удлинение и относительное сужение.

2. Испытание на загиб

   Испытание проводят путем плавного непрерывного загиба образца вокруг желобчатого ролика или оправки заданного радиуса до определенного угла. Профиль желобка или оправки должен соответствовать наружному диаметру испытуемого образца.
   При испытании сварных труб положение сварного шва должно быть указано в нормативно-технической документации на изделие. Если это указание соответствует, сварной шов должен находиться в зоне сжатия и располагаться под углом 45° к плоскости изгиба.
   Испытание металла шва и металла зоны термического влияния на загиб проводят по ГОСТ 6696-66.
   Испытание на загиб продольных образцов проводят по ГОСТ 14019-2003.

3. Испытание на изгиб

   Испытание состоит в изгибе образца вокруг оправки под действием статического усилия и служит для определения способности металла выдерживать заданную пластическую деформацию, характеризуемую углом изгиба, или для оценки предельной пластичности металла, характеризуемой углом изгиба до появления первой трещины.
   Испытание на изгиб проводят на универсальных испытательных машинах. Для проведения испытания применяют приспособления:
   в виде двух опор с оправкой;
   в виде матрицы с V-образным углублением и оправкой.
   Испытание на изгиб проводят:
   — до заданного угла изгиба;
   — до появления первой трещины в растянутой зоне образца с определением угла изгиба;
   — до параллельности сторон;
   — до соприкосновения сторон.
   Вид изгиба должен быть оговорен в нормативно-технической документации на металлопродукцию.
   Испытания на изгиб проводят при плавном увеличении нагрузки на образец. При испытании до появления первой трещины с определением угла изгиба скорость испытания не должна превышать 15 мм/мин.

4. Испытание на ударный изгиб (от -160°С до +1000°С)

   Испытание на ударный изгиб — испытание, при которых образец, лежащий на двух опорах, подвергается удару маятникового копра, причем линия удара находится посередине между опорами и непосредственно напротив надреза у образцов с надрезом. Для металлов оценивается поглощённая энергия удара в Дж, а для пластмасс — ударная вязкость (энергия отнесённая к площади поперечного сечения в месте удара) в Дж/м². Поскольку значения энергии удара для разных материалов зависят от температуры, то испытания проводят при заданных температурах.
   Испытательная установка представляет собой маятниковый копёр, который устанавливается на определённой высоте над образцом. Удар по образцу совершается при помощи падения копра. Поглощённая энергия удара пропорциональна разнице высот копра до и после удара.

5. Испытание на сжатие

   Испытаниям на сжатие подвергают наиболее хрупкие металлы и сплавы, например чугун. В ходе испытаний определяются модуль нормальной упругости при сжатии, предел пропорциональности при сжатии, условный предел текучести при сжатии, предел прочности при сжатии.
   Также при испытании металлов на сжатие определяются относительное укорочение образцов и относительное уширение. Эти характеристики принимаются в качестве характеристик деформации сплава.

6. Теплостойкость по Мартенсу

   Теплостойкость — способность материалов сохранять жёсткость и другие эксплуатационные свойства при повышенных температурах.
   Потеря жёсткости вызывается плавлением кристаллических структур.
   Чаще всего понятие теплостойкости используется по отношению к полимерам.
   Схема определения теплостойкости по Мартенсу.
   Образец, закрепленный в нижней зажимной головке, нагружен изгибающим моментом с помощью верхней зажимной головки, рычага и груза. Положение груза на рычаге выбирается так, чтобы в испытуемых образцах было максимальное изгибающее напряжение. В процессе измерения регистрируется прогиб образца по перемещению конца рычага. Фиксируется температура, при которой в ходе нагревания конец рычага переместиться.

7. Индентирование (вдавливания в поверхность образца специального инструмента — индентора)

   Индентирование производится вдавливанием в изучаемый образец индентора, обладающего известными механическими свойствами — формой, модулем упругости и т. д., с заданным усилием. Далее либо исследуется форма и размер пятна контакта, либо строится кривая зависимости положения индентора от нагрузки.
   Индентирование с целью измерения твёрдости образца обычно проводится одним из способов. Наиболее распространенными методами определения твердости материалов являются тест Викерса, тест Бринелля, тест Роквелла.

8. Ударная вязкость по Шарпи (ударный изгиб)

   Испытание материалов на ударную вязкость основано на разрушении стандартного образца с надрезом посередине ударом на маятниковом копре. При испытании на удар оценивают работоспособность металла в сложных условиях нагружения и выявляют его склонность к хрупкому разрушению.

   ГОСТ 9454-78 предусматривает испытания образцов сечением 10×10 мм, длиной 55 мм и с U-образным надрезом шириной и глубиной 2 мм и радиусом 1 мм;

   Проводим испытания по ASTM A370-13 предусматривает испытания образцов сечением 2,5х10 мм; 3,3х10 мм; 5х10 мм; 6,7х10 мм; 7,5х10 мм; 10×10 мм, длиной 55 мм и с V-образным надрезом глубиной 2 мм и радиусом 0,25 мм.

    

9. Испытание на твердость (Метод определения твердости по Шору А)

   На предварительно подготовленный образец прикладывается нагрузка с помощью специального шарика или конуса из твёрдосплавных сталей или других материалов твердость которых превышает в 3 раза твердость испытываемого образца. Твердость определяется по пятну с помощью микроскопа или других средств измерений.

10. Испытание на раздир (Метод определения сопротивления раздиру)

    Испытание на раздир проводится с целью определения прочности связи между слоями.
    Испытания проводят на прямоугольных образцах, выре­заемых из развертки материала. Для закрепления образца в зажимы испытательной машины предварительно делают надрез.
    Испытание на раздир проводят при различных скоро­стях нагружения, соответствующих условиям функциониро­вания и технологического воздействия.
    По результатам испытаний определяют показатель со­противления расслаиванию, характеризующий прочность связи между слоями.

11. Испытание на износостойкость (Метод определения сопротивления истиранию при качении с проскальзыванием)

    Сущность метода состоит в том, что при одинаковых условиях производят трение образцов исследуемого и эталонного материалов об абразивные частицы.
    Износостойкость испытуемого материала оценивают путем сравнения его износа с износом эталонного образца.
    Перед испытаниями определяют твердость образцов по ГОСТ 2999-75. Отобранные образцы маркируют на нерабочих поверхностях. Проверяют влажность абразивного материала по ГОСТ 5382-91 и при необходимости доводят ее до соответствия требованиям.
    Испытания образца из исследуемого материала продолжают в течение времени, соответствующего количеству оборотов (число оборотов зависит от твердости исследуемого материала). По окончании испытаний останавливают привод, снимают нагрузку, освобождают образец, промывают в промывочных жидкостях и взвешивают. Результаты взвешивания образцов до и после испытаний заносят в протокол. Испытания повторяют для 3 испытуемых и 3 эталонных образцов.

12. Стойкость к старению (Методы испытаний на стойкость к термическому старению)

    Методы испытаний на стойкость к термическому старению.
    Термическое старение в воздухе или кислороде. Образец помещается в климатическую камеру и подается температура, под воздействием температуры определяют рабочие параметры образца.

    Методы испытаний на стойкость к старению под действием статической деформации сжатия.
    Для резины с твердостью от 30 до 95 единиц по Шору А и устанавливают методы испытаний на стойкость к термическому старению при статической деформации сжатия.
    После воздействия температурных факторов (отрицательных и/или положительных) к образцу прикладывается внешняя статическая нагрузка (растягивающая или сжимающая). После испытаний проверяются рабочие характеристики образца (давление) и наличие трещин на поверхности.

    Метод испытания на стойкость к старению при воздействии естественных климатических факторов.
    Оценка влияния пониженных и повышенных эксплуатационных температур на стойкость к образованию трещин.

13. Морозостойкость (Методы определения морозостойкости при растяжении)

    Метод определения температурного предела хрупкости.
    Сущность метода заключается в определении температурного предела хрупкости испытуемого образца — самой низкой температуры, при которой образец в условиях испытания не разрушается. Температурный предел хрупкости образца может не совпадать с предельной температурой работоспособности изделий при низких температурах

    Методы определения морозостойкости при растяжении.
    Порядок испытаний: образец помещается в климатическую камеру, после чего устанавливается заданная эксплуатационная температура, после достижения заданной температуры образец выдерживается в течение 2 часов, после замораживания образец испытывается на растяжение, где выдается характеристика физико-механических свойств.

14. Испытание на срез (сдвиг)

    Испытание на срез заключается в испытании до разрушения цилиндрических образцов проволоки, болтов, шпилек и заклепок на срез в плоскости попереч­ного сечения, а также плоских образцов и листов на срез по толщине.
    Испытания проводят в приспособлениях, работающих на растяжение или сжатие, на универсальных машинах. Значение сопро­тивления срезу существенно зависит от условий опыта, в том числе от скорости нагружения. Принято проводить испытания на срез со скоростью, не превышающей 10 мм/мин при рабочем ходе машины.

15. Испытание на адгезию (адгезионные свойства)

    Испытание адгезионных свойств клеев сводится к определению силы, необходимой для разделения двух склеенных поверхностей. Количественно адгезионная способность того или иного полимера может быть определена при адгезионном разрушении клеевого соединения с применением методов отслаивания (отдира, неравномерного отрыва) или равномерного отрыва.
    Композиционные материалы — армированные пластики, клеевые соединения, лакокрасочные покрытия и другие полимерные системы — успешно функционируют благодаря достаточным по величине и стабильным во времени адгезионным связям между компонентами. Поэтому понятен интерес к проблеме расчета адгезионных соединений, определения физико-механических характеристик и прогнозирования их при действии эксплуатационных факторов.

16. Испытание на твердость (Метод измерения твердости по Бринеллю)

    Метод измерения твердости по Бринеллю (ГОСТ 9012-59) заключается во вдавливании шарика (стального или из твердого сплава) в образец (изделие) под действием усилия, приложенного перпендикулярно поверхности образца и измерении диаметра отпечатка после снятия усилия. Измерение твердости производится для металлов с твердостью не более 650 единиц для исключения ошибок, связанных с возможной деформацией шарика. При твердости металлов менее 450 единиц применяют стальные шарики или шарики из твердого сплава, при твердости более 450 единиц – шарики из твердого сплава.

17. Испытание на сплющивание

    Для испытания труб на сплющивание применяют образцы в виде отрезка трубы длиной 20-50 мм. Для испытания образец помещают между двумя гладкими жесткими и параллельными плоскостями и плавно сплющивают его, сближая сжимающие плоскости до заданного расстояния. Сварной шов при испытаниях располагается под углом 90° к оси приложения нагрузки. Скорость сплющивания образца должна быть не более 25 мм/мин.
    Признаком того, что образец выдержал испытание, служит отсутствие на внешней и внутренней поверхностях трещин или надрывов с металлическим блеском, определяемых визуально.

18. Испытание на твердость (Метод измерения твердости по Роквеллу)

    Сущность метода измерения твердости по Роквеллу заключается во внедрении в поверхность образца алмазного конусного или стального сферического наконечника под действием последовательно прилагаемых усилий и в определении глубины внедрения наконечника после снятия основного усилия (ГОСТ 9013-59).

Оборудование, которое используется в нефтегазовой, авиационной, горной промышленности, металлургии и других сферах, должно сохранять свою функциональность при разных условиях. Именно поэтому перед поступлением в продажу специалисты лаборатории физико-механических испытаний должны оценить объект на предмет того, насколько он устойчив к деформациям, температурным перепадам и другим нагрузкам, как ведет себя в разных рабочих средах.

Основная цель

Физико-механические испытания оборудования проводятся для выявления показателя прочности. В результате приложения разных по интенсивности механических усилий удается понять, при каких условиях образец начнет разрушаться и можно ли повысить данный коэффициент, что позволит объекту быть более универсальным.

Испытания и их результат

Физико-механические испытания в Екатеринбурге очень распространены, поскольку город известен развитой металлургической, пищевой промышленностью, машиностроением, электротехникой. Для этой цели созданы специальные центры, в которых определяют показатели упругости, прочности, пластичности и получают другие данные, необходимые для совершенствования объекта или обозначения его технических характеристик при продаже.