Phương pháp kiểm tra cơ học

Kiểm tra cơ học là gì?

Thử nghiệm cơ học là một phương pháp xác định các đặc tính cơ học của vật liệu. Nó có thể được sử dụng để phân tích một vật liệu bất kể hình dạng của nó như thế nào cũng như trong các trường hợp hình học cụ thể. Khi phân tích một vật liệu, có thể sử dụng một loạt các quy trình đánh giá cơ học khác nhau, thậm chí có thể chỉ ra mức độ phù hợp của vật liệu được xử lý đối với quá trình lão hóa của nó.

Tại sao kiểm tra cơ học lại quan trọng?

Thử nghiệm cơ học là một khía cạnh quan trọng của quá trình thiết kế và sản xuất sản phẩm, và các hoạt động thử nghiệm có thể được cung cấp trong nhà hoặc bởi các phòng thử nghiệm của bên thứ ba. Mục tiêu cơ bản của thử nghiệm cơ học, bất kể nó được thực hiện ở đâu, là duy trì tính toàn vẹn của bất kỳ sản phẩm hoặc công trình hoàn thiện nào. Do đó, các yếu tố môi trường là rất quan trọng và các thử nghiệm phải được thực hiện trong các điều kiện giống với các điều kiện mà phiên bản hoàn thiện gặp phải.

Các thông số kỹ thuật cho mọi thử nghiệm hoặc đánh giá thường được chỉ ra trên các thiết kế cho từng hạng mục, ngụ ý rằng việc sàng lọc là nghĩa vụ của nhà sản xuất mọi thành phần. Thử nghiệm cơ học, ngoài việc có các hậu quả về bảo mật, còn có thể hướng dẫn thiết kế hiệu quả về chi phí và hỗ trợ trong việc cải tiến kỹ thuật. Các nhà thiết kế và nhân viên sản xuất có thể tiến hành các đánh giá như vậy để chứng nhận các đổi mới và nâng cao hiệu suất sản xuất. Các thử nghiệm này có thể được sử dụng để giảm khả năng xảy ra các sự kiện không lường trước được và hỗ trợ cho việc điều tra lỗi.

Các loại kiểm tra cơ học

Kiểm tra độ cứng

Độ cứng là một đặc tính quan trọng của vật liệu đối với một số ứng dụng. Một số ứng dụng yêu cầu vật liệu phải mềm và đàn hồi trong khi các ứng dụng khác yêu cầu vật liệu phải cứng và chịu mài mòn. Tính chất này cũng liên quan đến sức mạnh. Một vật liệu cứng thường cũng mạnh. Phép thử độ cứng còn được gọi là phép đo độ lõm.

Thử nghiệm được thực hiện bằng cách đặt một tải trọng cụ thể lên vật liệu bằng cách sử dụng một cái thụt vào và kiểm tra độ dẻo của vật liệu, tính chất biến dạng và vết nứt của nó sau một khoảng thời gian cụ thể được gọi là thời gian dừng. Bản chất của thụt lề phụ thuộc vào thụt lề, thời gian dừng và tải trọng tác dụng qua thụt lề.

Một số loại thử nghiệm độ cứng có sẵn tùy thuộc vào cơ chế biến dạng và hình dạng và kích thước của vết lõm. Các loại kiểm tra độ cứng chính bao gồm;

• Kiểm tra Vickers
• Thử nghiệm Micro Vickers
• Kiểm tra độ cứng Brinell
• Rockwell độ cứng
• Kiểm tra độ cứng của bờ

Vickers sử dụng thụt kim cương hình kim cương, Brinell sử dụng thụt thép bi, Rockwell sử dụng thụt vào bằng thép hoặc kim cương có hình nón, và bờ sử dụng thụt thép.

Vết lõm cho thấy một vết trên bề mặt của vật liệu được thử nghiệm. Dấu này được đo bằng các công cụ đo thích hợp và các giá trị độ cứng được tính bằng công thức cụ thể cho loại thử nghiệm.

ASTM E10-18 là tiêu chuẩn cho thử nghiệm của Brinell. Thử nghiệm này thường được sử dụng cho kim loại màu và thép mềm. Tiêu chuẩn ASTM E92 là tiêu chuẩn công nghiệp để kiểm tra độ cứng của Vickers. Thử nghiệm này có thể được sử dụng cho tất cả các kim loại, gốm sứ, polyme và vật liệu tổng hợp. ASTM 18-20 được sử dụng để kiểm tra độ cứng Rockwell. Các thử nghiệm ASTM D2240 và ISO 868 được sử dụng để kiểm tra vết lõm trên bờ.

Kiểm tra mỏi

Việc tải vật liệu lặp đi lặp lại trong giới hạn của cường độ chảy gây ra hiện tượng mỏi vật liệu. Mọi vật liệu có thể chịu tải trọng nhỏ trong một số chu kỳ nhất định và sau đó chúng bị hỏng do mỏi.

Mệt mỏi có nhiều loại khác nhau tùy thuộc vào bản chất của tải trọng tác dụng. Nói chung, thử nghiệm mỏi khi uốn quay được sử dụng để so sánh các chu kỳ gia tải với lượng tải trọng. Một đồ thị được vẽ bằng cách thử nghiệm một số mẫu ở các tải khác nhau và lưu ý số chu kỳ. Tiêu chuẩn thử nghiệm – Tiêu chuẩn ISO 1143: 2010 điều chỉnh thử nghiệm mỏi khi uốn quay

Kiểm tra độ bền kéo

Kiểm tra độ bền kéo là một bài kiểm tra quan trọng để đánh giá các tính chất cơ học của vật liệu như mô đun đàn hồi, điểm chảy, ứng suất chảy, độ bền kéo cuối cùng, độ bền đứt gãy, độ dẻo, độ đàn hồi và độ dẻo dai. Nhiều thuộc tính vật liệu cho vật liệu rời có liên quan đến đặc tính kéo của vật liệu.

Thử nghiệm kéo được thực hiện bằng cách kẹp vật liệu ở dạng tiêu chuẩn có thể là hình trụ xương chó hoặc hình dạng giống tấm và kéo dài vật liệu theo hướng chiều dài. Trước đây, các máy tải cơ học đơn giản được sử dụng để thử nghiệm, nhưng ngày nay, thiết bị kỹ thuật số hiện đại có sự hỗ trợ của máy tính được sử dụng để thử nghiệm độ bền kéo áp dụng cho việc kéo dài với tốc độ đã cho và đo tải trọng tạo ra trên vật liệu. Máy tính chuyển đổi độ giãn đo được và dẫn đến căng và ứng suất bằng cách so sánh nó với kích thước của các mẫu thử nghiệm. Kết quả được ghi lại và giải thích với sự trợ giúp của đồ thị. Tiêu chuẩn thử nghiệm – ASTM E8, D638 và E8-M là các tiêu chuẩn thử nghiệm độ bền kéo được áp dụng nhiều nhất.

Kiểm tra nén

Thử nghiệm nén là ngược lại của thử nghiệm kéo trong đó một mẫu hình trụ được nén bằng cách sử dụng các lực cơ học và các đặc tính cơ học nén được đo. Mẫu bị biến dạng vĩnh viễn do kết quả của thử nghiệm này, vì vậy phương pháp thử nghiệm này được phân loại là thử nghiệm phá hủy. Kết quả của thử nghiệm nén tương tự như thử nghiệm kéo, tuy nhiên đường cong bắt đầu tăng lên sau khi biến dạng dẻo của vật liệu, trong khi thử nghiệm kéo, đường cong giảm về phía giá trị ứng suất thấp hơn. Các đặc tính thu được từ các đường cong tương tự như các thử nghiệm kéo. Tiêu chuẩn thử nghiệm – ASTM E9, ASTM D638, ASTM D638 và ASTM D 695 là các phương pháp thử nghiệm nén phổ biến được áp dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp.

Kiểm tra rão

Các đặc tính rão của vật liệu liên quan đến đặc tính của vật liệu khi chịu ứng suất không đổi thấp hơn cường độ chảy của vật liệu và thường ở nhiệt độ cao. Nó có thể được định nghĩa là một biến dạng ứng suất không đổi và phụ thuộc vào thời gian xảy ra ở nhiệt độ cao. Sự gia tăng nhiệt độ làm tăng mức độ nghiêm trọng của biến dạng. Sự rão có thể có hoặc không dẫn đến đứt gãy vật liệu nhưng làm xấu đi các đặc tính làm việc của các bộ phận. Biến dạng do rão gây ra là thước đo thời gian và nhiệt độ tiếp xúc với ứng suất cũng như giá trị của tải trọng hoặc ứng suất tác dụng.

Biến dạng trong rão xảy ra trong ba giai đoạn. Trong giai đoạn nhất thời hoặc sơ cấp, tốc độ biến dạng tương ứng với thời gian. Giai đoạn thứ hai còn được gọi là giai đoạn trạng thái ổn định khi tốc độ biến dạng trở nên không đổi trong giai đoạn này. Giai đoạn cuối cùng được gọi là độ rão bậc ba, biến dạng tăng theo cấp số nhân với sự gia tăng ứng suất do cổ, lỗ rỗng và các khuyết tật bên trong. Giai đoạn này dẫn đến sự đứt gãy hoàn toàn của vật liệu. Ba giai đoạn tương tự liên quan đến mẫu thử độ rão. Thử nghiệm độ rão được thực hiện bằng cách tác dụng lực căng hoặc lực nén lên mẫu thử trong thời gian dài ở nhiệt độ cố định nhưng tăng cao. Các giá trị biến dạng được ghi lại sau những khoảng thời gian đều đặn và kết quả được biểu diễn dưới dạng đồ thị thời gian rão. Tốc độ rão tại bất kỳ khoảng thời gian nào có thể được xác định bằng cách tính toán độ dốc của đường cong tại điểm đó. Duy trì nhiệt độ là rất quan trọng trong quá trình thử nghiệm để tránh sự giãn nở hoặc co lại do nhiệt trong mẫu thử

Thử nghiệm rão được phân loại dựa trên tải và đánh giá. Nó được chia thành các loại chính sau đây.

• Tensile Creep
• Constant Load Creep
• Ratchetting Creep and
• Fatigue Creep
• Indentation Creep

Kết quả của thử nghiệm độ rão cho thấy rằng các tình huống tải khác nhau đều bị ảnh hưởng bởi thời gian và lượng tải đặt trên diện tích mặt cắt ngang của một đơn vị của vật liệu. Các vùng leo dốc khác nhau được xác định trong các đường cong bằng cách so sánh các độ dốc. Tiêu chuẩn thử nghiệm – ASTM E139 là tiêu chuẩn nổi tiếng trong thử nghiệm độ bền kéo.

Kiểm tra tác động

Các kỹ sư sử dụng thử nghiệm tác động để dự báo cách một vật liệu sẽ hoạt động trong các tình huống tải tác động trong cài đặt thế giới thực. Một số vật liệu sụp đổ nhanh chóng khi bị va đập, thường là do đứt gãy, đứt gãy hoặc rãnh. Một trong những thử nghiệm va đập điển hình nhất bao gồm đập thanh có khía bằng búa treo; chiều cao trong khi va chạm được sử dụng để tính toán năng lượng cần thiết để phá vỡ thanh. Hai loại kiểm tra tác động quan trọng là:

• Kiểm tra tác động Charpy
• Kiểm tra tác động Izod

Phép đo độ lõm vết lõm

Phép đo độ lõm vết lõm đang đạt được sức hút như một cải tiến có thể hữu ích cho bộ công cụ kiểm tra hiện tại. Nó kết hợp tính đơn giản và tính linh hoạt của hoạt động được cung cấp bởi phép đo độ cứng với các kết quả có liên quan và đòi hỏi cao hơn được dự đoán bởi thử nghiệm kéo ở một số khía cạnh. Quá trình đo độ lõm khá giống với thử nghiệm độ cứng, ngoại trừ việc tải trọng cần thiết lớn hơn nhiều so với tải trọng được sử dụng trong hầu hết các nghiên cứu độ cứng. Cách tiếp cận dựa trên phân tích FEM liên tục của quá trình thụt lề. Mô phỏng bắt đầu với một phạm vi thực nghiệm của các biến tham số độ dẻo (đối với tải trọng được sử dụng trong thí nghiệm). Sau đó, các cấu hình thụt lề còn lại được tính toán và quan sát được sẽ được so sánh. Số lượng của một tham số không khớp đặc trưng cho đầu ra của đánh giá này. Đây là 0 nếu trận đấu hoàn hảo, tuy nhiên, bất kỳ kết quả nào dưới mức 103 đều cho thấy sự đồng thuận mạnh mẽ.