Medžiagų bandymai: išsamus vadovas jums.

Kas yra medžiagų bandymas?

Medžiagų bandymai – tai procesas, kurio metu sistemingai tikrinamos įvairių medžiagų fizikinės ir mechaninės savybės. Šios medžiagos apima metalus, plastikus, keramiką ir kompozitus. Svarbu ir svarbu ištirti medžiagas ir sužinoti, kaip jos reaguoja skirtingomis sąlygomis. Kodėl? tam, kad žinotumėte, jog medžiagos yra tinkamos konkrečioms reikmėms. Kur galėtumėte atlikti medžiagų bandymus? Įvairiose aplinkose ir pramonės šakose, pavyzdžiui, statybų gamyboje ar net aviacijos ir kosmoso pramonėje.

Kodėl medžiagų bandymų tikslas？

Priežastys, dėl kurių testuojame medžiagas, yra susijusios su saugos kokybe ir veikimu. Norime įsitikinti, kad medžiagos veikia taip, kaip buvo suprojektuotos. Štai kelios priežastys, dėl kurių bandome medžiagas:

Saugumo užtikrinimas

Jei apie medžiagą galvojame kaip apie tiltą, turime žinoti, ar medžiaga nesuges, kad būtų užtikrintas tiltu besinaudojančių žmonių ir automobilių saugumas.

Kokybės kontrolė

Medžiagų bandymai garantuoja, kad gaminiai atitinka būtinus kriterijus ir reikalavimus. Taip užtikrinamas gamybos nuoseklumas, todėl sumažėja trūkumų ir garantuojama, kad galutinė prekė veiks taip, kaip planuota.

Medžiagų parinkimo optimizavimas

Daugelio medžiagų bandymai padeda inžinieriams išsirinkti geriausias medžiagas tam tikram naudojimui. Tokiuose sektoriuose kaip gamyba ar projektavimas, kur medžiagų pasirinkimas gali turėti didelę įtaką produktų kainai, funkcionalumui ir tarnavimo laikui, tai labai svarbu.

Vykdymo vertinimas

Atliekant bandymus įvairiomis sąlygomis – ekstremaliomis temperatūromis, drėgme, slėgiu ar fiziniu dėvimusi – paaiškėja, kaip medžiagos reaguoja. Tai padeda gamintojams išsiaiškinti, ar medžiagos yra ilgaamžės ir patikimos praktinėmis sąlygomis.

Nuostolių efektyvumas

Testavimas padeda įmonėms išvengti brangiai kainuojančių gamybos klaidų. Anksti nustačius, kad medžiagos eksploatacinės savybės prastėja, galima išvengti brangiai kainuojančių atšaukimų, dizaino pakeitimų ar teisminių ginčų.

Reikalavimų laikymasis

Daugelyje sektorių taikomi griežti medžiagų eksploatacinių savybių reguliavimo kriterijai, pvz., ISO, ASTM standartai. Medžiagų bandymai garantuoja, kad prekėse naudojami komponentai atitinka šias taisykles, todėl apsaugo tiek gamintoją, tiek klientus.

Inovacijos ir plėtra

Atliekant išsamius bandymus galima įvertinti naujų medžiagų ar jų derinių kūrybinio panaudojimo galimybes, taip skatinant technologinę plėtrą ir produktų evoliuciją.

Medžiagų bandymų tipai

1. Mechaniniai bandymai

Įvertina medžiagų reakciją į veikiančias jėgas.

• Tempimo bandymas (tempimo bandymas): Atliekant tempimo bandymą, dažnai vadinamą tempimo bandymu, matuojamas medžiagos stipris tempimo – tempimo arba traukimo metu.
• Spaudimo bandymas:Spaudimo bandymu** vertinama medžiagos gniuždymo elgsena gniuždymo metu.
• Kietumo bandymas: Dažnai atliekant įdubimus (pvz., Rokvelo, Brinelio, Vikerso), kietumo bandymais nustatomas medžiagos atsparumas deformacijai.
• Daužymo bandymai:Medžiagos gebėjimas absorbuoti staigius smūgius ar smūgius vertinamas atliekant daužimo bandymus (pvz., Charpy, Izod bandymus).
• Nuovargio bandymas: Atliekant nuovargio bandymus matuojama medžiagų reakcija į kartotinę apkrovą ir iškrovą per tam tikrą laiką.
• Lenkimo/elastingumo bandymas: Naudojant lenkimo/elastingumo bandymus nustatomas medžiagos atsparumas lenkimui veikiant apkrovai.

2. Terminis bandymas

Nagrinėjama, kaip medžiagos reaguoja į temperatūros pokyčius.

• Šilumos laidumo tyrimas: Šilumos laidumo tyrimas – tai medžiagos laidumo šilumai matavimas.
• Terminio plėtimosi bandymas: Atliekant terminio plėtimosi bandymus vertinamas medžiagos susitraukimas arba išsiplėtimas kintant temperatūrai.
• Atsparumo karščiui bandymas: Atliekant atsparumo karščiui bandymą vertinamas medžiagos stabilumas aukštoje temperatūroje (pvz., lydymosi temperatūra, gedimas).
• Diferencinė skenuojamoji kalorimetrija (DSC): Diferencinė skenuojamoji kalorimetrija (DSC) nustato lydymosi, kristalizacijos ir šiluminių perėjimų temperatūras.

3. Cheminiai tyrimai

Nustato medžiagos elgseną skirtingose cheminėse aplinkose.

• korozijos bandymai:Matuojamas medžiagos atsparumas gedimui, kurį sukelia tokių komponentų, kaip drėgmė, druska ar rūgštys, poveikis korozijos bandymai.
• Cheminės sudėties analizė: ** analizuojama daikto cheminė sudėtis, paprastai naudojant spektroskopiją ar kitą metodą.
• pH atsparumo bandymas:pH atsparumo bandymas tiria medžiagos reakciją į šarmines arba rūgštines sąlygas.

4. Fizinių savybių testavimas

Matuoja nemechanines charakteristikas, pavyzdžiui, tankį ar formą.

• Tankumo tyrimas: Tankio tyrimas – tai medžiagos masė, tenkanti tūrio vienetui.
• Poroziškumo bandymas: Svarbus filtravimui ar izoliavimui, poroziškumo bandymas nustato medžiagos tuščių vietų tūrį.
• Drėgmės kiekio tyrimas: Matuojamas vandens ar kitų lakiųjų komponentų kiekis medžiagoje Drėgmės kiekio tyrimas.
• Specifinio tankio tyrimas: Atliekant Specifinio tankio tyrimą medžiagos tankis lyginamas su vandens tankiu.

5. Aplinkos tyrimai

Simuliuoja natūralias ar ekstremalias sąlygas, kad įvertintų medžiagų eksploatacines savybes.

• Vėjuotumo bandymai: Atliekant vėjuotumo bandymus vertinamas medžiagos irimas esant skirtingiems saulės spinduliams, lietui ir kitiems meteorologiniams kintamiesiems.
• UV bandymas: nustatomas medžiagos atsparumas UV spindulių žalai.
• Senėjimo bandymai: Atliekant senėjimo bandymus imituojamas ilgalaikis aplinkos elementų, tokių kaip karštis, šviesa ar drėgmė, poveikis.

6. Nuovargio ir šliaužimo bandymai

Įvertinama, kaip medžiagos laikui bėgant laikosi veikiamos streso.

• Slūgimo bandymas: Dažniausiai aukštoje temperatūroje, slūgimo bandymu matuojama medžiagos laipsniška deformacija, esant pastoviam įtempimui.
• Nuovargio bandymas:Įvertinama, kaip medžiaga reaguoja į daugybę apkrovos ciklų, todėl apytiksliai atitinka ilgalaikį naudojimą.

7. Mikroskopiniai ir struktūriniai bandymai

Nagrinėja medžiagos vidinę struktūrą arba mikroskopines savybes.

• Metalografinis tyrimas: Tiriama metalų mikrostruktūra (grūdelių dydis, fazinė struktūra).
• Rentgeno spindulių difrakcija (XRD): Analizuojamos medžiagų, paprastai metalų ar keramikos, kristalinės struktūros.
• Skenuojanti elektroninė mikroskopija (SEM): Suteikia didelės skiriamosios gebos medžiagų paviršių ir vidinių savybių vaizdus.

8. Elektriniai ir magnetiniai bandymai

Įvertina, kaip medžiagos sąveikauja su elektriniais ir magnetiniais laukais.

• laidumo bandymas: Atliekant laidumo bandymus matuojamas medžiagos gebėjimas praleisti elektrą.
• Magnetiniai bandymai: Magnetiniais bandymais vertinamos tokios magnetinės savybės kaip skvarba ar koercivumas.
• Dielektrinis bandymas:Dielektriniu bandymu nustatomos medžiagos elektros izoliacinės savybės.

9. Optinis ir vizualinis testavimas

Įvertinama medžiagos reakcija į šviesą ar regėjimo sąlygas.

• Transparentiškumo bandymas: Nustatoma, kiek šviesos praeina pro medžiagą (svarbu stiklui ar plastikui).
• Spalvų bandymas: matuojama, kaip medžiagos spalva išsilaiko įvairiomis sąlygomis.

Destrukcinis ir neardomasis bandymas

Destrukcinis bandymas (DT) ir Nedestrukcinis bandymas (NDT) yra du pagrindiniai metodai, naudojami medžiagų savybėms ir eksploatacinėms savybėms įvertinti. Esminis skirtumas yra tas, ar bandymų metu bandoma medžiaga yra pažeista arba pakeista.

Destrukcinis bandymas (DT)

**Destrukciniai bandymai** – tai bandymai, kurių metu tiriama medžiaga, kaip rodo pats terminas, yra negrįžtamai pakeičiama arba sunaikinama. Paprastai šiais bandymais siekiama nustatyti medžiagos mechanines savybes atšiauriomis sąlygomis.

Savybės:

• Medžiagos pažeidimas: Paprastai medžiaga bandant sunaikinama arba smarkiai pakeičiama.
• Panaudojimo atvejis: Kai svarbu žinoti galutinius medžiagos eksploatacinių savybių apribojimus arba kai mėginio nereikia naudoti ateityje.
• Sąnaudų pasekmės: Paprastai tai brangiau kainuoja, nes reikia daugiau mėginių, tačiau gaunami tikslūs ir išsamūs duomenys.

Privalumai:

• Suteikia tikslią informaciją apie galutines cheminės medžiagos ribas.
• Leidžia įvertinti gedimo būdus (pvz., lūžimą ir įtrūkimą) atšiaurioje aplinkoje.

Trūkumai:

• Jei mėginys sunaikinamas, jo negalima naudoti iš naujo.
• Reikia daug mėginių įvairiems tyrimams atlikti, o tai gali būti brangu ir užimti daug laiko.

Nedestrukcinis bandymas (NDT)

Neardomasis bandymas – tai grupė metodų, naudojamų medžiagos, komponento ar konstrukcijos savybėms įvertinti jų nepažeidžiant. Neardomieji tyrimai leidžia išbandyti medžiagas jų eksploatacinės būklės sąlygomis ir yra naudojami defektams aptikti arba eksploatacinėms savybėms įvertinti nekeičiant ar nesunaikinant bandinio.

Savybės:

• Nėra medžiagos pažeidimų: Mėginys lieka nepažeistas ir paprastai jį galima pakartotinai naudoti po bandymų.
• Panaudojimo atvejis: Idealiai tinka tikrinti didelius medžiagų kiekius, gatavus gaminius ar nuolat aptarnaujamus komponentus, nedarant poveikio jų funkcionalumui.
• Sąnaudos: Laikui bėgant tai kainuoja mažiau, nes nereikia naikinti medžiagų pavyzdžių. Be to, tai laiko požiūriu efektyvesnis didelių partijų arba eksploatuojamų medžiagų bandymų būdas.

Privalumai:

• Atlikus bandymus, medžiagą galima vėl naudoti.
• Galima atlikti vietoje, ypač didelių konstrukcijų (pvz., tiltų, vamzdynų, orlaivių).
• Leidžia greitai gauti rezultatus ir minimaliai trikdyti gamybą ar veiklą.

Trūkumai:

• Gali nesuteikti tiek daug išsamios informacijos apie medžiagos mechanines savybes, kiek ardomieji metodai.
• Tam tikrų tipų defektus (pvz., gilius įtrūkimus) aptikti kai kuriais NDT metodais gali būti sunku arba neįmanoma.
• Norint gauti tikslius rezultatus, reikia specialaus mokymo ir įrangos.

Lyginamoji lentelė:

Standartiniai medžiagų bandymų metodai

Kelios organizacijos rengia ir skelbia standartizuotus bandymų metodus, kad užtikrintų medžiagų vertinimo nuoseklumą ir patikimumą. Štai keletas pagrindinių organizacijų ir jų indėlis:

„ASTM International”
Buvusi Amerikos bandymų ir medžiagų draugija (ASTM), dabar žinoma kaip „ASTM International”, rengia ir skelbia savanoriškai sutartus medžiagų gaminių, sistemų ir paslaugų standartus. Jų standartai taikomi įvairioms medžiagoms, įskaitant metalus polimerus ir kompozitus. astm.org

Tarptautinė standartizacijos organizacija (ISO)
ISO yra nepriklausoma nevyriausybinė tarptautinė organizacija, kuri kuria ir skelbia tarptautinius standartus. Jie turi visų rūšių standartų, susijusių su bandymais, įskaitant medžiagų mechanines savybes, cheminę sudėtį ir aplinkosauginį veiksmingumą.

Versalio pažangiųjų medžiagų ir standartų projektas (VAMAS)
VAMAS projektas yra tarptautinė bendradarbiavimo organizacija, kuri daugiausia dėmesio skiria pažangiųjų medžiagų standartų kūrimui. Jame dalyvauja nacionaliniai metrologijos institutai, universitetai, mokslinių tyrimų institucijos ir pramonė. Jie yra aukščiausios klasės šios srities ekspertai, nes nagrinėja labai technines mokslines temas.Vikipedija

Amerikos nacionalinis standartų institutas (ANSI)
ANSI (Amerikos nacionalinis standartų institutas) – tai organizacija, kuri juos visus peržiūrėjo Jungtinėse Valstijose. Tai vieta, į kurią visi ateina, kad sužinotų apie visų šių skirtingų bandymųįrangos standartus ir kaip naudoti bandymų metodus. webstore.ansi.org

Medžiagų bandymų iššūkiai

1. Nenuoseklus mėginio paruošimas

Skirtingi mėginio paruošimo būdai gali lemti skirtingus testo rezultatus. Tokie dalykai, kaip, pavyzdžiui, kokia forma jį išpjaunate apdirbimo metu atsiradę defektai ar defektai ir pluošto banguotumas, gali turėti įtakos fizinių bandymų rezultatams. Vėlgi turite konkrečiai nurodyti, ką žmonės turi daryti.

2. Aplinkos veiksniai

Bandymo kriterijui gali turėti įtakos tokie dalykai kaip temperatūra, drėgmė arba jei medžiaga užteršiama. Kontroliuokite šiuos kintamuosius, nes jie visi gali turėti įtakos bandymo rezultatams.

3. Įrangos apribojimai

Visa bandymų įranga turi ribas. Ji gali turėti pajėgumo, tikslumo ar medžiagų suderinamumo problemų. Bandymo rezultatas gali būti sugadintas dėl mechaninio gedimo, programinės įrangos trikdžių ar kalibravimo problemų.

4. Medžiagų kintamumas

Pluošto nesutapimo tuštumos ir dervos turtingos bei dervos stokojančios sritys gali būti kompozitų proceso ir galutinio panaudojimo skirtumų priežastimi. Dėl šio nenuspėjamumo gali būti sunkiau apibrėžti konstrukcines leistinas savybes.

5. Saugos problemos

Atliekant bandymus gali būti naudojami pavojingi daiktai arba pavojinga aplinka. Tokiomis aplinkybėmis bandymus atliekantiems darbuotojams kyla pavojus. Žinoma, organizacija turi apriboti riziką, taikydama tinkamą praktiką ir apmokydama darbuotojus, atliekančius tokio pobūdžio bandymus, kaip elgtis su pavojingais daiktais ar pavojingomis aplinkybėmis.

6. Duomenų valdymas

Galiausiai, atliekant bandymus gaunama daug duomenų. Visus šiuos duomenis rinkti, analizuoti ir interpretuoti gali būti sudėtinga, todėl, norint priimti geriausius testavimu pagrįstus sprendimus, reikia patikimų duomenų valdymo sprendimų.

7. Biudžeto ir laiko apribojimai

Testavimas reikalauja daug išteklių, laiko ir pinigų. Norite atlikti kuo geresnį bandymą, bet turite ribotą laiką ir pinigus. Sudėjus šiuos elementus, tikslus testavimas tampa beveik paradoksalus.

Kas yra medžiagų bandymų taikymas?

1. Automobilių pramonė

Medžiagų bandymai yra labai svarbūs automobilių pramonėje vertinant variklio komponentus, važiuoklę ir saugos sistemas. Atliekant bandymus užtikrinama, kad medžiagos atlaikytų apkrovas, temperatūrą ir aplinkos sąlygas, su kuriomis susiduriama eksploatuojant transporto priemonę. Ši procedūra labai svarbi kuriant saugius ir patvarius automobilius.

2. Aviacijos ir kosmoso pramonė

Aviacijos ir kosmoso pramonei reikia gaminių, kurie atlaikytų ekstremalias kosmoso sąlygas – didelį greitį ir temperatūrą bei didžiulį slėgį nusileidimo ir pakilimo metu. Kai šios medžiagos nėra išbandomos realiomis sąlygomis, jos nepasiteisina. Todėl FAA ir kitos reguliavimo institucijos yra nustačiusios griežtas gaires, pagal kurias turi būti atliekami šių medžiagų bandymai.

3. Statybos pramonė

Statybų srityje jūsų mokslinė įranga matuos medžiagų tvirtumą ir kokybę. Statybų aikštelėse dažnai bandomas betonas, kad būtų užtikrintas reikiamas stiprumas. Jie bando plieną, kad užtikrintų jo stiprumą ir kokybę, reikalingą naudoti pastate. Jie taip pat bando kompozitų ir kitų medžiagų defektus.

4. Energetikos sektorius

Energetikos sektoriuje bandomos medžiagos, skirtos, pavyzdžiui, naftos platformoms ir vamzdynams. Vidury vandenyno esanti vėjo turbina turi atlaikyti druską. Atliekami saulės baterijų stiprumo ir lankstumo (dėl plėtimosi ir susitraukimo) bandymai. Visi šie dalykai išbandomi, kad būtų patikrintos medžiagos.

5. Elektronikos pramonė

Elektronikoje ypač bandomos puslaidininkinės medžiagos ir niobis bei tantalas. Jie testuoja integrinių grandynų plokštes, kad įsitikintų, jog jos pagamintos pagal standartus. Viskas, kas pereina per šią plokštę, tinkamai įdedama į savo vietą. Jie testuoja ekranuose esančias medžiagas, kad įsitikintų, jog jos gali atlaikyti elektros poveikį.

6. Farmacijos pramonė

Vaistų srityje atliekama daug medžiagų bandymų. Tiriamos pakuotėms naudojamos medžiagos, siekiant įsitikinti, ar jos neišskiria švino į gaminio medžiagą. Kol produktas sandėliuojamas ir uždaromas, pakuotės komponentai negali neigiamai reaguoti su tikraisiais vaistiniais junginiais. Taigi, kad tuo įsitikintų, jie atlieka medžiagų bandymus.

7. Maisto ir gėrimų pramonė

Maisto ir gėrimų pramonėje tiriamos medžiagos, kad būtų užtikrinta, jog pakuotė neišskiria kenksmingų medžiagų į maistą. Pavyzdžiui, ar plastikas išskiria dujas? Ar iš jos į maistą patenka švino ar kitų kenksmingų medžiagų? Visa tai yra tikrinama.

Išvada

Medžiagų bandymai yra labai svarbūs visose srityse. Niekas nenori gaminti toksiško maisto, nuodyti žmonių ir būti teisiamas. Niekas nenori gaminti nesaugių automobilių, kurie sukelia avarijas, ir būti teisiamas. Niekas nenori pagaminti pastato, kuris sugriūtų, ir būti teisiamas. Niekas nenori parduoti produkto, kurio pakuotėje yra kenksmingų medžiagų, patenkančių į maistą, nes bus paduotas į teismą. Kad ir ką darytumėte, nenorite, kad jus paduotų į teismą.