Wybór materiału do konkretnego zastosowania nie może być przypadkowy. Badania wytrzymałościowe pozwalają szybko ocenić, jakie właściwości ma dany materiał i czy nadaje się do konkretnych warunków pracy.
Badania wytrzymałościowe są wykonywane na standaryzowanych próbkach w odpowiednich maszynach wytrzymałościowych. Każdy rodzaj badania wytrzymałościowego pozwala na ocenę innego parametru materiału, a tym samym ustalenie, czy ten nadaje się na przykład na element przenoszący naprężenia. Co jeszcze warto wiedzieć o tych metodach pomiarowych?
Jak przygotowuje się próbki do badań wytrzymałościowych?
Badania wytrzymałościowe niestety należą do grupy badań niszczących. Oznacza to, że wymagają wycięcia lub przygotowania próbki z danego materiału, a następnie standaryzacji jej rozmiarów według odpowiednich norm.
W wyniku przeprowadzonych badań próbka jest niszczona, bez czego ocena właściwości nie byłaby możliwa.
Jakie właściwości pozwalają ocenić badania wytrzymałościowe?
Do właściwości wytrzymałościowych zaliczają się:
- wytrzymałość na rozciąganie;
- wytrzymałość na zginanie;
- udarność;
- twardość;
- próba łamania.
Próba rozciągania
Znormalizowana próbka jest rozciągana w odpowiedniej maszynie, która jednocześnie rejestruje wartość towarzyszącą próbie w całym czasie jej trwania. Przyjmuje się, że próbka pozostaje sprężysta (powraca do pierwotnej długości) do 0,2% rozciągnięcia, powyżej tej wartości zmiana wymiarów jest już nieodwracalna, a zakres jest nazywany zakresem plastyczności.
Gdy pojawia się przewężenie, oznacza to, że materiał nie nadaje się do dalszej eksploatacji przy konkretnej wartości natężenia. Przewężenie bardzo szybko kończy się rozerwaniem próbki i jej całkowitym zniszczeniem.
Próba zginania
Te badania wytrzymałościowe pozwalają ocenić odporność materiału na zginanie w wyniku działania zewnętrznych sił. Zazwyczaj jest stosowana dla metali nieżelaznych i tworzyw sztucznych, których zbadanie w próbie rozciągania jest utrudnione lub wręcz niemożliwe ze względu na niskie parametry wytrzymałościowe.
W takim procesie określa się parametry podobne jak w próbie rozciągania:
- punkt sprężystości;
- punkt plastyczności;
- wytrzymałość na zginanie.
Próba udarności
Najczęściej wykonuje się ją dla materiałów, które będą pracować przy dużych dynamicznych obciążeniach i/lub obniżonej temperaturze. W tym przypadku badania wytrzymałościowe są przeprowadzane dzięki przyłożeniu dużej siły w bardzo krótkim czasie i najczęściej służy do tego młot wahadłowy. Ta metoda pozwala ocenić, jaka siła jest niezbędna do złamania (lub doprowadzenia do pęknięcia) znormalizowanej próbki, co pozwala ocenić, czy parametry użytkowe będą wystarczające dla obciążeń, na które zostaną narażone maszyna czy element.
Pomiary twardości
To badania wytrzymałościowe, które pozwalają ocenić odporność materiału na odkształcenie plastyczne (trwałe). Istnieje kilka różnych sposobów badania twardości zarówno na całej długości przekroju materiału, jak i tylko na samej powierzchni.
Próba łamania
Nie polega na bezpośredniej ocenie liczbowych parametrów, a na uzyskaniu nadającego się do analizy przełomu materiału. Złamana próbka pozwala ocenić nie tylko stan materiału na całym przekroju (położenie oraz liczbę niezgodności spawalniczych), ale także sposób łamania się samego materiału. Taka wiedza pozwala na wcześniejszą ocenę tego, czy element lub konstrukcja za jakiś czas nie zostaną uszkodzone w wyniku eksploatacji.
W XXI wieku materiały nawet z tej samej grupy mogą mieć skrajnie odmienne właściwości, a ich badanie jest niezbędne do tego, by dobrze dobrać materiał do konkretnego zastosowania lub konstrukcji. Szereg odpowiednich procesów i procedur pozwalają na zmierzenie takich właściwości z bardzo dużą dokładnością.