Определение предела прочности на сжатие:
на что способен металл?

Определение прочности металлов на сжатие выясняет их способность сопротивляться уменьшению объема под действием внешних сил. Этот лабораторный “экзамен” помогает понять, насколько хорошо материал может выдерживать эксплуатационные нагрузки. Данные анализа особенно важно учитывать при разработке машин, оборудования и конструкций, ведь прочность на сжатие напрямую влияет на безопасность и надежность изделий. 

Но даже если причин беспокоиться нет, производители все равно заказывают такие исследования, чтобы убедиться в соответствии их продукции требованиям и стандартам качества. Технология имеет значение и для инновационной деятельности: получая достоверную информацию, инженеры могут предлагать более “продвинутые” решения в разных сферах, от аэрокосмической отрасли до автомобилестроения.

Существуют три метода определения прочности металла при сжатии: гидростатический, механический и вибрационный.     

Гидростатический способ определения
прочности металлов на сжатие

Гидростатический метод основан на принципе воздействия жидкостного давления. Образец из материала, характеристики которого нужно определить, помещают в специализированную камеру для испытаний. Затем ее заполняют жидкостью, обычно маслом или водой (в зависимости от требуемых условий и от характеристик объекта). С помощью насоса внутри камеры создается давление в жидкости, которое равномерно распределяется по всей поверхности образца. Оно и вызывает сжатие материала.

По мере увеличения давления на образец фиксируются разные параметры: изменение его размеров, предел прочности, точка упругости и прочее. Данные позволяют построить кривую деформации и определить характеристики материала. К преимуществам гидростатических методов определения прочности на сжатие относятся:

• равномерное распределение давления. В отличие от механического сжатия, при котором нагрузка прикладывается точечно или локально, давление жидкости обеспечивает одинаковое воздействие на весь образец;
• высокая точность результатов. Благодаря равномерному распределению давления результаты испытаний отражают более точные характеристики;
• минимальное повреждение образца. Метод позволяет испытывать материалы с незначительным “ущербом”, что особенно важно при работе с ценными или редкими сплавами;
• возможность испытаний при разных температурах, а значит, расширение возможностей для исследований материалов.
  
  

Механический метод

Определить прочность металла на сжатие можно и более традиционным способом - механическим. Такой анализ обычно проводят на универсальных испытательных машинах. Образец фиксируют между плитами или зажимами, а затем за счет гидравлических, электромеханических или пневматических систем к нему прикладывают нагрузку. Данные автоматически фиксирует электроника.

По результатам испытаний получается график, отображающий зависимость деформации от приложенной нагрузки. Это позволяет определить такие характеристики, как предел прочности, модуль упругости, предел текучести и многие другие параметры.

Вибрационный метод

Вибрационное определение прочности металлов на сжатие - инновационный подход к изучению механических свойств материалов. Его особенность - наблюдение за изменениями, происходящими с ними при воздействии вибрации определённой частоты и амплитуды. Такие испытания позволяют не только оценить прочность на сжатие, но и выявить внутренние дефекты, трещины и другие слабые места в структуре материала.

Образец в этом случае фиксируют на специальном стенде или в устройстве. С помощью вибрационного оборудования к нему прикладывают вибрацию с заранее заданными параметрами. Это создает условия, имитирующие реальные эксплуатационные нагрузки, которым материал может подвергаться на практике.

Во время испытаний измеряют такие параметры, как амплитуда колебаний образца, его смещение, частотные характеристики и скорость распространения волн. Их анализ помогает оценить эластичные свойства металла и его прочность.

Физика сжатия

Определение прочности металлов на сжатие заставляет их претерпеть серьезные превращения. Во время этого процесса происходят:

• упругая деформация. В начальной фазе приложения сжимающей нагрузки атомы или молекулы в кристаллической решетке смещаются из своих равновесных положений. Но после снятия нагрузки возвращаются, восстанавливая первоначальную форму и размеры образца;
• пластическая деформация. Возникает при увеличении нагрузки. В этой стадии смещения атомов достаточно велики, чтобы вызвать необратимое изменение формы. Плоскости частиц сдвигаются относительно друг друга, и возникают дислокации (дефекты в кристаллической решетке);
• сжатие объема. Более заметно в мягких металлах. Происходит из-за уменьшения пространства между атомами в кристаллической решетке;
• упрочнение за счет увеличения плотности дислокаций и из-за их взаимодействия;
• тепловыделение. Происходит из-за внутреннего трения и движения дислокаций. Этот процесс также известен как адиабатическое нагревание и может привести к локальному повышению температуры;
• микроструктурные изменения - переориентация зёрен, их удлинение или плоскостное скольжение. Могут возникать в металлах с крупнозернистым или поликристаллическим строением;
• разрушение материала. Критическая фаза определения прочности металла при сжатии, во время которой происходит так называемый отказ металла. Чаще всего материал начинает трескаться.
  
  

Определение прочности металлов при сжатии: 
как на него реагируют материалы?

Разные виды металлов и сплавов по-разному относятся к процедуре. Мягкие, такие как свинец и олово, обладают низким пределом прочности и высокой пластичностью. Следовательно, легко поддаются изменениям под сжимающей нагрузкой. Они быстро переходят от упругой к пластической деформации, при этом сохраняя целостность.

Тугоплавкие металлы (титан, вольфрам и пр.) обладают хорошей устойчивостью к деформации и требуют значительного приложения силы для перехода в пластическое состояние. Цветные металлы (медь, алюминий и сплавы на их основе) отличаются высокими электро- и теплопроводностью и относительно высокой пластичностью. Они способны выдерживать существенные изменения формы перед разрушением.

Стали как сплавы железа с углеродом и другими элементами обладают разной степенью твердости и прочности - в зависимости от состава и термической обработки. Углеродистая может быть очень твердой и при этом достаточно пластичной, чтобы выдержать даже экстремальные методы определения прочности на сжатие. Чугун с его склонностью к хрупкости ломается быстро, особенно серый, с графитовыми включениями.

Наши предприятия на отлично знают не только свойства металлов и сплавов, но и специфику каждого метода анализа. Они профессионально отберут опытные образцы и выполнят исследование, а после представят вам подробную картину поведения ваших деталей. Обращайтесь!    

Услуга			Стоимость, тыс. руб.
Испытание цилиндрических образцов			от 2500
Испытание призматических образцов			от 4000
Испытание металлов при повышенных или пониженных температурах			от 4500
Экспресс-испытания (результаты в течение 24 часов)			+ 50% к стоимости