Materjalide katsetamine: põhjalik juhend teile.

Mida on materjali testimine?

Materjalide katsetamine on protsess, mis toimub süstemaatiliselt erinevate materjalide füüsikaliste ja mehaaniliste omaduste katsetamiseks. Nende materjalide hulka kuuluvad metallid, plastid, keraamika ja komposiitmaterjalid. See on oluline, et katsetada materjale ja teada saada, kuidas nad reageerivad erinevates tingimustes. Miks? et te teaksite, et materjalid sobivad teie konkreetsete rakenduste jaoks. Kus te teeksite materjalikatsetusi? Erinevates keskkondades ja tööstusharudes, näiteks ehitustööstuses või isegi lennunduses.

Milleks on materjali testimine？?

Põhjused, miks me materjale testime, puudutavad ohutuse kvaliteeti ja toimivust. Me tahame veenduda, et materjalid toimivad nii, nagu nad on kavandatud. Siin on mitu põhjust, miks me materjale testime:

Turvalisuse tagamine

Kui me mõtleme materjalist silla tähenduses, siis peame teadma, kas materjal ei suuda tagada silda kasutavate inimeste ja autode ohutust.

Kvaliteedikontroll

Materjalide katsetamine tagab, et tooted vastavad vajalikele kriteeriumidele ja nõuetele. See tagab tootmise järjepidevuse, vähendades seega vigu ja tagades, et valmistoode toimib plaanipäraselt.

Materjali valiku optimeerimine

Paljude materjalide katsetamine aitab inseneridel valida konkreetse kasutusotstarbe jaoks parimad materjalid. Sellistes sektorites nagu tootmine või projekteerimine, kus materjali valik võib oluliselt mõjutada toodete maksumust, funktsionaalsust ja kasutusiga, on see väga oluline.

Tulemuslikkuse hindamine

Erinevates tingimustes – äärmuslikes temperatuurides, niiskuses, rõhu all või füüsilises kulumises – näitab testimine, kuidas materjalid reageerivad. See selgitab tootjatele materjalide kasutusiga ja usaldusväärsust praktilises keskkonnas.

Kulutõhusus

Testimine aitab ettevõtetel vältida kulukaid tootmisvigu. Materjali jõudluse languse varajane tuvastamine võib aidata vältida kulukaid tagasivõtmisi, ümberprojekteerimisi või kohtuvaidlusi.

Eeskirjade järgimine

Paljudes sektorites kehtivad ranged regulatiivsed kriteeriumid materjalide toimivuse kohta – nt ISO, ASTM standardid. Materjalide katsetamine tagab, et kaupades kasutatavad komponendid vastavad nendele eeskirjadele, mis kaitseb nii tootjat kui ka kliente.

Innovatsioon ja areng

Põhjalike katsete abil saab hinnata uute materjalide või materjalikombinatsioonide võimalusi loominguliseks kasutamiseks, soodustades seega tehnoloogilist arengut ja tootearendust.

Materjalide katsetamise tüübid

1. Mehaaniline testimine

Väärtustab materjalide reaktsiooni rakendatud jõududele.

• Tõmbekatse (tõmbekatse): Tõmbekatse, mida sageli nimetatakse tõmbekatseks, mõõdab materjali tugevust pingutus- või tõmbetugevuse korral.
• Kompressioonikatsed: Kompressioonikatsetega** hinnatakse materjali purustatud käitumist kokkusurumise ajal.
• Kareduse katsetamine: Sageli mõõdetakse materjali deformatsioonikindlusega (nt Rockwell, Brinell, Vickers) kõrkuse katsetamine.
• Impressioonikatsed: Hinnatakse impressioonikatsete (nt Charpy, Izodi katsed) abil materjali järskude löökide või löökide summutamist.
• Väsimuskatsed: Mõõdetakse materjalide reaktsiooni korduvale koormamisele ja koormuse vähendamisele kogu aja jooksul väsimuskatsete käigus.
• Tõmbekatse/paindekatse: Määratakse materjali võime taluda painutamist pinge all, kasutades paindekatseid/paindekatseid.

2. Termiline testimine

Uurib, kuidas materjalid reageerivad temperatuurimuutustele.

• Soojusjuhtivuse testimine: Soojusjuhtivuse testimine on materjali soojusjuhtivuse mõõtmine.
• Soojuspaisumise katsetamine: Soojuspaisumise katsetamisega hinnatakse materjali kokkutõmbumist või paisumist temperatuuri muutumisel.
• Kuumuskindluse katsetamine: Materjali stabiilsust kõrgel temperatuuril hinnatakse Kuumuskindluse katsetamisel (nt sulamistemperatuur, halvenemine).
• Diferentsiaalkaalorimeetria (DSC): Diferentsiaalkaalorimeetria (DSC) määrab sulamistemperatuuri, kristalliseerumist ja termilisi üleminekuid.

3. Keemiline testimine

Määrab materjali käitumist erinevates keemilistes keskkondades.

• Korrosioonikatsed: Mõõdetakse materjali vastupidavust kahjustustele, mida põhjustab kokkupuude selliste komponentidega nagu niiskus, sool või happed Korrosioonikatsed.
• Kemilise koostise analüüs: ** analüüsib eseme keemilist koostist, tavaliselt spektroskoopia või muu meetodi abil.
• pH-kindluskatse: pH-kindluskatse uurib materjali reaktsioone aluselistele või happelistele tingimustele.

4. Füüsiliste omaduste testimine

Mõõdab mittemehaanilisi omadusi, nagu tihedus või kuju.

• Tiheduse testimine: Tiheduse testimine on aine mass ühiku mahu kohta.
• Porrotsuse testimine: Oluline filtreerimise või isoleerimise jaoks, porrotsuse testimine leiab aine tühjade alade mahu.
• Niiskusesisalduse testimine: Mõõdab vee või muude lenduvate komponentide sisaldust materjalis Niiskusesisalduse testimine.
• Spetsiifilise gravitatsiooni testimine: Võrreldakse materjali tihedust vee tihedusega Spetsiifilise gravitatsiooni testimisel.

5. Keskkonna testimine

Simuleerib looduslikke või ekstreemseid tingimusi, et hinnata materjali toimivust.

• Katse ilmastikukatsetustega: Ilmastikukatsetustega hinnatakse materjali lagunemist erineva päikesepaiste, vihma ja muude meteoroloogiliste muutujate mõjul.
• UV-testimine: määrab kindlaks materjali vastupidavuse UV-valguse kahjustustele.
• Vananemiskatsed: Simuleerib vananemiskatsetes pikaajalist kokkupuudet keskkonnaelementidega, näiteks kuumuse, valguse või niiskusega.

6. Väsimus- ja murenemiskatsed

Hindab, kuidas materjalid käituvad aja jooksul pinge all.

• Kriipimiskatsed: Tavaliselt kõrgetel temperatuuridel mõõdetakse kriipimiskatsete abil materjali järkjärgulist deformatsiooni püsiva pinge all.
• Väsimuskatsed:Hindab, kuidas materjal reageerib mitme koormustsükli jooksul, seega lähendab pikaajalist kasutust.

7. Mikroskoopilised ja struktuurilised katsed

VAadeldakse materjali sisemist struktuuri või mikroskoopilisi omadusi.Materjali sisemist struktuuri või mikroskoopilisi omadusi.

• Metallograafilised katsed: Uurib metallide mikrostruktuuri (terade suurus, faasistruktuur).
• Röntgendifraktsioon (XRD): Analüüsib materjalide, tavaliselt metallide või keraamika, kristallstruktuuri.
• Scanning Electron Microscopy (SEM): Annab kõrge resolutsiooniga pilte materjali pinnast ja sisemistest omadustest.

8. Elektriline ja magnetiline testimine

Väärtustab, kuidas materjalid suhtlevad elektri- ja magnetväljadega.

• Juhtuvuse testimine: Mõõdetakse materjali elektrijuhtivuse võimet juhtivuse testimisel.
• Magnetiline testimine: Magnetiline testimine hindab magnetilisi omadusi, nagu läbilaskvus või koertsiivsus.
• Dielektriline testimine: Dielektriline testimine mõõdab aine elektriisolatsiooni omadusi.

9. Optiline ja visuaalne testimine

Hindab materjali reaktsiooni valgusele või visuaalsetele tingimustele.

• Läbipaistvuse testimine: Määratleb, kui palju valgust läbib materjali (oluline klaasi või plasti puhul).
• Värvi testimine: Mõõdetakse, kuidas materjali värvus erinevates tingimustes säilib.

Rahuldav vs. mittepurustav testimine

Rikuvkatsed (DT) ja Rikostevaba katsetamine (NDT) on kaks peamist lähenemisviisi, mida kasutatakse materjalide omaduste ja toimivuse hindamiseks. Peamine erinevus seisneb selles, kas katsetatav materjal on katseprotsessi käigus kahjustatud või muudetud.

Rikastav testimine (DT)

**Destruktiivsed katsed** hõlmavad katseid, mille käigus katsetatav aine muutub või hävib jäädavalt, nagu terminist järeldub. Tavaliselt on nende katsete eesmärk kindlaks teha materjali mehaanilised omadused rasketes tingimustes.

Karakteristikud:

• Materjalikahjustus: Tavaliselt on materjal katsetamise ajal hävinud või drastiliselt muutunud.
• Kasutusjuhtum: Kui on oluline teada materjali lõplikke kasutuspiiranguid või kui proovi ei ole vaja edaspidiseks kasutamiseks.
• Kulude mõju: Tavaliselt kulukam, sest see nõuab rohkem proove, kuid annab täpsed ja põhjalikud andmed.

Eelised:

• Pakub täpset teavet aine lõplike piiride kohta.
• Võimaldab hinnata rikkeid (nt purunemine ja pragunemine) rasketes tingimustes.

Häired:

• Kui proov hävitatakse, ei saa seda uuesti kasutada.
• Vajab palju proove erinevate testide tegemiseks, mis võib olla kallis ja aeganõudev.

Rikete mittepurustav testimine (NDT)

Mittepurustava katsetamise all mõistetakse tehnikate rühma, mida kasutatakse materjali, komponendi või konstruktsiooni omaduste hindamiseks ilma seda kahjustamata. Mittepurustav katsetamine võimaldab katsetada materjale nende kasutustingimustes ning seda kasutatakse defektide avastamiseks või toimivuse hindamiseks ilma proovi muutmata või hävitamata.

Karakteristikud:

• Materjali ei kahjustata: Proov jääb terveks ja seda saab tavaliselt pärast katsetamist uuesti kasutada.
• Kasutuskoht: Ideaalne suurte materjalikoguste, valmistoodete või käimasolevate hoolduskomponentide kontrollimiseks, ilma et see mõjutaks funktsionaalsust.
• Kulude mõju: Aja jooksul vähem kulukas, kuna see ei nõua materjaliproovide hävitamist. Samuti on see ajaliselt tõhusam suurte partiide või kasutusel olevate materjalide katsetamisel.

Eelised:

• Materjali võib pärast katsetamist uuesti kasutada.
• Saab teostada kohapeal, eriti suurte konstruktsioonide (nt sillad, torustikud, õhusõidukid) puhul.
• Võimaldab kiireid tulemusi ja minimaalseid häireid tootmises või tegevuses.

Häired:

• Ei pruugi anda nii üksikasjalikku teavet materjali mehaaniliste omaduste kohta kui destruktiivsed meetodid.
• Teatud tüüpi defektide (nt sügavad praod) avastamine võib olla mõne NDT-meetodiga keeruline või võimatu.
• Täpsete tulemuste saamiseks on vaja spetsiaalset koolitust ja seadmeid.

Võrdlustabel:

Materjalide katsetamise standardmeetodid

Mitmed organisatsioonid töötavad välja ja avaldavad standardiseeritud katsemeetodeid, et tagada materjalide hindamise järjepidevus ja usaldusväärsus. Siin on esitatud mõned peamised organisatsioonid ja nende panus:

ASTM International
Eelnevalt tuntud kui The American Society for Testing and Materials (ASTM), nüüd tuntud kui ASTM International, töötab välja ja avaldab vabatahtlikke konsensusstandardeid materjalide, toodete, süsteemide ja teenuste kohta. Nende standardid hõlmavad mitmesuguseid materjale, sealhulgas metallid, polümeerid ja komposiidid. astm.org

International Organization for Standardization (ISO)
ISO on sõltumatu valitsusväline rahvusvaheline organisatsioon, mis töötab välja ja avaldab rahvusvahelisi standardeid. Neil on kõikvõimalikud standardid, mis on seotud katsetamisega, sealhulgas materjalide mehaaniliste omaduste, keemilise koostise ja keskkonnamõju hindamisega.

Versailles’i kõrgtehnoloogiliste materjalide ja standardite projekt (VAMAS)
VAMAS-projekt on rahvusvaheline koostööorganisatsioon, mis keskendub kõrgtehnoloogiliste materjalide standardite väljatöötamisele. Selles osalevad riiklikud metroloogiainstituudid, ülikoolid, teadusasutused ja tööstus. Nad on esmaklassilised eksperdid selles valdkonnas, kuna tegelevad väga tehniliste teadusteemadega.Wikipedia

Ameerika Riiklik Standardiinstituut (ANSI)
ANSI (American National Standards Institute) on organisatsioon, mis vaatas kõik need Ameerika Ühendriikides läbi. See on koht, kuhu kõik tulevad, et viidata kõigi nende erinevate katseseadmete standarditele ja katsemeetodite kasutamisele. webstore.ansi.org.

Materjalide katsetamise väljakutsed

1. Proovide ebajärjekindel ettevalmistamine

Erinevad viisid proovi ettevalmistamiseks võivad anda erinevaid tulemusi teie testis. Sellised asjad nagu kuju, mille järgi te selle välja lõikate, mehaanilise töötlemise põhjustatud vead või defektid ja kiudude lainetus võivad kõik mõjutada füüsikaliste katsete tulemusi. Jällegi tuleb olla konkreetne, mida inimesed peavad tegema.

2. Keskkonnategurid

Katsekriteeriumi võivad mõjutada näiteks temperatuur ja niiskus või materjali saastumine. Kontrollige neid muutujaid,sest kõik need võivad mõjutada teie katse tulemust.

3. Seadmete piirangud

Kõigil katseseadmetel on piirid. Neil võib olla probleeme võimsuse, täpsuse või materjali ühilduvusega. Katsetulemust võivad rikkuda mehaanilised rikked, tarkvaraprobleemid või kalibreerimisprobleemid.

4. Materjali varieeruvus

Kiudude valesti paigutatud tühimikud ning vaigurikkad ja vaiguga hõredad piirkonnad võivad põhjustada komposiitide töötlemisprotsessi ja lõplikku varieeruvust. Mehaaniliste omaduste hajuvus võib muuta konstruktsiooni lubatud väärtused raskemini määratletavaks selle ettearvamatuse tõttu.

5. Ohutusega seotud probleemid

Testimine võib hõlmata ohtlikke esemeid või ohtlikku keskkonda. Sellistes tingimustes on katsetajad ohus. Loomulikult peab organisatsioon riski piirama, võttes kasutusele sobivad tavad ja koolitades töötajaid, kes kasutavad sellist katsetamist ohtlike esemete või asjaolude käsitlemiseks.

6. Andmehaldus

Lõpuks, testimine tekitab palju andmeid. Kõigi nende andmete kogumine, analüüsimine ja tõlgendamine võib olla keeruline, seega on vaja tugevaid andmehalduslahendusi, et teha parimaid testipõhiseid otsuseid.

7. Eelarve ja ajalised piirangud

Testimine on ressursimahukas, nõuab aega ja raha. Sa tahad teha võimalikult suuri teste, kuid sul on piiratud aeg ja raha. Nende elementide kombineerimine muudab täpse testimise peaaegu paradoksaalseks.

Mis on materjalide testimise rakendus?

1. Autotööstus

Materjalide katsetamine on autotööstuses kriitilise tähtsusega mootorikomponentide, šassii ja ohutussüsteemide hindamisel. Katsetamisega tagatakse, et materjalid peavad vastu koormustele, temperatuuridele ja keskkonnatingimustele, mis esinevad sõiduki kasutamisel. See menetlus on oluline nii ohutute kui ka vastupidavate autode projekteerimisel.

2. Lennundus- ja kosmosetööstus

Kosmosetööstus vajab materjali, mis peab vastu kosmoses valitsevatele äärmuslikele tingimustele, kõrgetele kiirustele ja temperatuuridele ning tohutule survele maandumisel ja õhkutõusmisel. Kui neid materjale ei testita reaalsetes tingimustes, siis nad ebaõnnestuvad. Seega on FAA-l ja teistel reguleerivatel asutustel ranged suunised selle materjali testimise kohta.

3. Ehitustööstus

Ehituses mõõdavad teie teaduslikud seadmed materjalide tugevust ja kvaliteeti. Ehitusplatsidel katsetavad nad sageli betooni, et tagada vajalik tugevus. Nad katsetavad terast, et tagada ehitusel kasutamiseks vajalik tugevus ja kvaliteet. Samuti katsetavad nad komposiitide ja muude materjalide defekte.

4. Energiasektor

Energeetikasektoris katsetavad nad materjale näiteks naftaplatvormide ja torujuhtmete jaoks. Tuuleturbiin, mis asub keset ookeani, peab vastu pidama sellele soolale. Testitakse päikesepaneelide tugevust ja paindlikkust (paisumise ja kokkutõmbumise tõttu). Kõik need asjad pannakse materjalidega katsetamiseks proovile.

5. Elektroonikatööstus

Elektroonikas katsetatakse eelkõige pooljuhtmaterjale ning nioobiumi ja tantaali. Nad testivad integraallülitusi, et veenduda, et need on ehitatud vastavalt standarditele. Kõik, mis läbib seda plaati, pannakse õigesti paika. Nad testivad näidikutes olevaid materjale, et veenduda, et need suudavad vastu pidada elektrilisele toimele.

6. Farmaatsiatööstus

Farmaatsiatööstuses testitakse palju materjale. Nad katsetavad pakendamiseks kasutatavaid materjale, et veenduda, et need ei lekseeriks pliid toote materjali. Kui see on suletud ja ladustatud, ei saa pakendi komponendid reageerida negatiivselt tegelike ravimiühenditega. Seega testitakse materjale, et selles veenduda.

7. Toidu- ja joogitööstus

Toidu- ja joogitööstuses testitakse materjale, et tagada, et pakend ei lekse toidule kahjulikke aineid. Näiteks kas plastik gaasib? Kas see lekib toidule pliid või muid kahjulikke aineid? Kõike seda testitakse.

Kokkuvõte

Materjalide testimine on kriitilise tähtsusega kõikjal. Keegi ei taha toota mürgist toitu, mis mürgitab inimesi ja mille pärast teda kaevatakse kohtusse. Keegi ei taha teha ohtlikke autosid, mis põhjustavad õnnetusi, ja saada kohtusse. Keegi ei taha teha hoonet, mis variseb kokku ja saab kohtusse kaevatud. Keegi ei taha müüa toodet, mille pakendis on kahjulikke materjale, mis lähevad toidu sisse, sest teid hakatakse kohtusse kaevama. Ükskõik, mida te ka ei tee, te ei taha, et teid kaevatakse kohtusse.