Испытание металлов в лаборатории — это перечень мероприятий, которые проводятся на специальном оборудовании с целью определить физические, химические и механические свойства металла.
Содержание статьи:
- Методы испытания металлов
- Оптические и физические методы
- Виды анализа металлов
Методы испытаний металла
Для испытания металлов, оценки их способности и структуры, пластичности и разрушения в промышленности используют разные методы контроля и тестирования. Такие испытания имеют ряд целей: обнаружить дефекты детали, безопасность применения в строительстве и металлургической промышленности, оценка технических, физических и химических параметров.
Испытание на растяжение или сжатие металла помогает определить предел прочности и текучести при растяжении или сжатии. Помимо этого исследование помогает узнать такие данные как относительное удлинение и сужение, предел тягучести и предел упругости. Проводят испытание по ГОСТ 1497-84.
Для проведения исследования используют образцы с круглым или прямоугольным сечением. Образцы закрепляют на лабораторной машине и растягивают с постоянной скоростью. Таким образом определяется деформация изделия.
Испытание на ударный изгиб, или ударные/динамические испытания позволяют определить ударную вязкость металла. Такое тестирование проводят по ГОСТ 9454-78. Один из самых важных видов динамических испытаний — испытания на ударную вязкость, которые проводятся на маятниковых копрах с образцами, имеющими надрез, или без надреза. По весу маятника, его начальной высоте и высоте подъема после разрушения образца вычисляют соответствующую работу удара (методы Шарпи и Изода).
Измерения твердости металлов и сплавов проводят на специальных образцах или на самом изделии. Этот тип испытания проводится чаще всего, так как в его процессе оцениваются сопротивление к проникновению в материал более твердого вещества. Существует три тип измерения: по Роквеллу (вдавливают алмазный конус), по Бринеллю (вдавливают в поверхность стального шарика) (для которых не требуется определенная подготовка поверхности) и по Виккерсу (вдавливают алмазную пирамиду из 4 граней) — для него необходимо подготовить специальный шлиф.
Данное испытание часто используют из-за простоты проведения, а также из-за такого преимущества как неразрушающий метод (изделие остается цельным и может пойти в работу после испытания).
Испытание на сжатие
При исследовании хрупких видов металлов более эффективным методом считается испытание на сжатие. В процессе испытания образец устанавливают между платформами пресса и прикладывают давление, начиная сжимать его, в результате чего образец деформируется и разрушается.
Испытания на глубокую вытяжку
Образец листового металла зажимается между двумя кольцами, и в него вдавливается шаровой пуансон. Глубина вдавливания и время до разрушения являются показателями пластичности материала.
Испытания на усталость
Такие испытания имеют целью исследование поведения металла при циклическом приложении нагрузок и определение предела выносливости материала, т.е. напряжения, ниже которого материал не разрушается после заданного числа циклов нагружения. Чаще всего применяется машина для испытания на усталость при изгибе. При этом наружные волокна цилиндрического образца подвергаются действию циклически меняющихся напряжений — растягивающих и сжимающих.
Испытания на ползучесть
В таких тестированиях оценивается совместное влияние длительного приложения нагрузки и повышенной температуры на пластическое поведение материалов при напряжениях, не превышающих предела текучести, определяемого в испытаниях малой длительности. Надежные результаты могут быть получены лишь на оборудовании, обеспечивающем точный контроль за температурой образца и точное измерение очень малых изменений размеров.
Испытания механических свойств металла
Механические испытания часто применяются в промышленной деятельности, целью таких испытаний ставят определение характеристик (качественных и эксплуатационных).
Виды испытаний механических свойств:
-
- статические
- динамические
- циклические
- технологические
При статическом испытании образцы подвергаются воздействию постоянно нарастающей нагрузки. При динамическом тестировании нагрузка на образец увеличивается с большой скоростью. В процессе циклического испытания и направление и величина нагрузки многократно меняются. При технологическом испытании проверку свойств металлов проводят на специальной установке, которая имитирует специфические условия эксплуатации. В процессе технологического испытания оценивают поведение материалов.
Оптические и физические методы
Для испытания металлов проводят также физические и оптические исследования.
Микроскопическое исследование
При визуальном исследовании с помощью микроскопа удается определить структурные характеристики, размеры и форму зерен, фазовые соотношения, наличие и распределение диспергированных инородных материалов.
Ультразвуковой контроль
Если в металл послать короткий импульс ультразвука, то он частично отразится от внутреннего дефекта – трещины или включения. Отраженные ультразвуковые сигналы регистрируются приемным преобразователем, усиливаются и представляются на экране электронного осциллографа. По измеренному времени их прихода к поверхности можно вычислить глубину дефекта, от которого отразился сигнал, если известна скорость звука в данном металле. Контроль проводится весьма быстро и зачастую не требует выведения детали из эксплуатации.
Радиографическое тестирование
На деталь, над которой проводится испытание направляется излучение, которое помогает выявить трещины и сегрегацию, а также точное расположение дефекта.
Магнитно-порошковое исследование
Этот метод контроля пригоден лишь для ферромагнитных металлов – железа, никеля, кобальта – и их сплавов. Чаще всего он применяется для сталей: некоторые виды поверхностных и внутренних дефектов удается выявить нанесением магнитного порошка на предварительно намагниченный образец.
Виды анализа металлов
После испытаний металлов проводят аналитическую работу, видов анализа металлов всего два:
Химический, с помощью которого определяют состав и количество элементов, из которых состоит металл или его сплав.
Металлографический, с помощью которого изучают структурное состояние металла, которая определяет механические свойства элемента.