Что происходит при нагревании металлов?Нагрев металла приводит сразу к нескольким последствиям, вот основные из них.1. Металл термически расширяется во всех направлениях, т.е. увеличивается его длина, ширина и площадь поверхности. При нагревании металла его атомы и молекулы начинают двигаться быстрее, межатомные связи ослабевают, что приводит к увеличению расстояния между ними и увеличению объема металла. При остывании размеры восстанавливаются.2. Подавляющее большинство металлов и сплавов с повышением температуры повышают свою пластичность, в том числе железо, сталь, медь, алюминий и его сплавы, магний, латунь и др. В то же время эти металлы приобретают способность поддаваться ковке, т. е. изменять форму без разрушения под действием внешней силы. Например, для стали, нагретой до 700°C (1292°F), требуется в 4,5 раза большее усилие ковки, чем для стали, нагретой до 1200°C (2192°F). Другие металлы и сплавы (серый чугун, оловянная бронза, цинковые сплавы) при нагревании не деформируются; они хрупкие и ломаются при ударе.Кристаллы металлов обычно имеют правильную структуру с атомами, расположенными в определенном порядке. Однако при нагревании металла атомы становятся более подвижными, и металл становится более пластичным. Нагрев металла также может вызвать изменение типа его кристаллической структуры. Изменение структуры приведет к уменьшению или увеличению пластичности, ведь тип структуры оказывает решающее влияние на свойства металлов. Это объясняет, почему эффект изменения пластичности при нагреве наблюдается по-разному для разных металлов.3. Тепловое излучение металлов при нагреве вызывает темно-вишневое свечение стали, заметное уже при нагреве до 550°С (1022°F), а при 850°С (1562°F) оно переходит в ярко-красное, а затем на оранжевый (950°C, 1742°F), желтый (1000°C, 1832°F) и белый (1300°C, 2372°F и выше).Как видите, спектр теплового излучения зависит от температуры, поэтому наблюдение за цветами закалки можно использовать для оценки температуры металла, что часто применялось при термической обработке и ковке, особенно до изобретения бесконтактных термометров. . Названия цветов свечения: «красное каление», «белое каление» часто до сих пор используются металлургами вместо определения точной температуры.Изменение цвета излучения связано с увеличением энергий внутренних взаимодействий, возбуждения и релаксации атомов металла при повышении температуры. Чем выше температура, тем интенсивнее это излучение. Его спектр постепенно обогащается коротковолновым излучением, возникающим в результате взаимодействий с повышенной энергией. Поэтому основной вклад инфракрасного излучения при низких температурах меняется с повышением температуры на видимый световой диапазон и на ультрафиолетовое излучение при очень высоких температурах.4. Повышение температуры может вызвать окисление поверхности металла и образование на ней оксидного слоя. В случае стали такой слой может образовывать тонкую прозрачную металлическую пленку, которая остается при понижении температуры до комнатной. При этом поверхность металла приобретает радужную окраску. Это связано с тем, что поверхность покрыта тонким прозрачным слоем и работает как зеркало. Когда этот слой очень тонкий, он отражает только определенные цвета дневного света, что является результатом интерференции.До появления пирометров этот эффект также использовался как показатель температуры нагрева железа и стали. По цветам судили о температуре нагрева стальной стружки и, соответственно, резца при операциях сверления и резания. В настоящее время его применяют для создания маркировки на поверхностях черных металлов и титана путем локального нагрева, в том числе лазерного отжига.5. При дальнейшем нагреве стали выше 1300 °C (2372 °F, конкретная температура зависит от марки стали) может начаться плавление металла. Плавление происходит за счет того, что атомы приобретают большую энергию и разрушаются межатомные связи, а атомы теряют свое статическое положение в кристаллах и могут перемещаться по объему материала. Это приводит к потере первоначальной формы и должно быть предотвращено при термической обработке металлов.Вот мы и рассмотрели вкратце очевидные процессы, происходящие с металлом при его нагревании. Однако изменения свойств металлов, вызванные термической обработкой, обусловлены рядом не столь очевидных причин. Эти изменения связаны с изменением структуры металла, и мы обсудим это более подробно. 

Что такое механические испытания: различные виды механических испытаний материаловМеханические испытания — это серия испытаний, используемых при проектировании продукции и производстве деталей для идентификации материала, определения характеристик, выбора и проверки продукции. В результате производители могут обеспечить надлежащее использование материалов, безопасность производства и рентабельность. В этой статье будет представлена серия тестов и их применение в разработке продуктов и производстве деталей.  Что такое механические испытания?Механические испытания — это серия стандартизированных испытаний, используемых для определения физических и механических свойств материала и его пригодности для предполагаемых применений. Это огромное требование при разработке продуктов и производстве деталей из-за необходимости достижения стандартов, установленных такими организациями, как ASTM и ISO. Эти тесты позволяют производителям отличать менее качественные материалы и выбирать правильный материал для своей продукции. Испытание на растяжениеИспытание на растяжение — это основное испытание на механическую прочность, используемое для определения таких свойств материала, как напряжение, деформация и деформация текучести. Он включает в себя воздействие на материал силы на противоположных концах и растяжение до тех пор, пока он не сломается.Испытания проводятся на разрывной машине, которая может быть гидравлической или электрической. Оператор подвергает материал воздействию различных сил и записывает данные. После этого они наносят данные на график, чтобы получить кривую напряжения-деформации. Общие стандарты для испытаний на растяжение включают ASTM D638/ISO 527-2 (для армированных пластмасс), ASTM D412/ISO 37 (вулканизированная резина и термопластичные эластомеры) и ASTM E8/ASTM A370/ISO 6892 (металлы и другие металлические материалы). Испытание на кручение Испытание на кручение — это еще одна форма механических испытаний, которая оценивает поведение материала при воздействии напряжения при угловом смещении. В результате он дает информацию о модуле упругости материала при сдвиге, пределе текучести при сдвиге, прочности при сдвиге, модуле разрыва при сдвиге и пластичности. В отличие от испытаний на растяжение, испытания на кручение применяются к материалам и изделиям. Кроме того, существует несколько типов, описанных ниже.Только кручение: приложение к материалу только скручивающей нагрузки.Осевое кручение Приложение к материалу осевой силы (растяжения/сжатия) и силы кручения.Испытание на отказ: скручивание продукта или материала до тех пор, пока он не сломается или не появится видимый дефект.Контрольное испытание Приложение скручивающей нагрузки к материалу и удержание крутящего момента в течение определенного времени.Функциональные испытания: Заключительные испытания для проверки поведения материала при скручивающих усилиях и нагрузках. В соответствии с ASTM и ISO общепринятыми стандартами испытаний на кручение являются ASTM A938/ISO 7800 (испытания металлической проволоки на кручение).Испытание на усталость Механические испытания на усталость определяют, как ведет себя материал при переменных нагрузках, приложенных в осевом направлении, при кручении или изгибе. Он включает в себя воздействие на материал средней нагрузки и переменной нагрузки. В результате материал будет испытывать усталость (т. е. когда материал ломается).Данные испытаний будут представлены в виде диаграммы S-N — графика количества циклов, приведших к отказу, в зависимости от амплитуды циклического напряжения (которое может быть амплитудой напряжения, максимальным напряжением или минимальным напряжением).Испытания механики разрушения Испытания на механику разрушения позволяют производителям определить энергию, необходимую для разрушения материала с существующей трещиной на две части. Кроме того, это позволяет производителю установить способность материала сопротивляться разрушению с использованием внутреннего фактора напряжения. На основе данных производители могут анализировать хрупкий излом и изучать размер его зерен, глубину слоя и т. д.Общими стандартами для теста являются BS 7448, NS-EN 10225, ASTM E1820 и EEMUA pub. 158.Компрессионное тестированиеИспытание на сжатие является еще одним фундаментальным испытанием в области машиностроения, определяющим поведение материала при воздействии разрушающих нагрузок. В результате это очень важно при изготовлении деталей, поскольку материалы проходят через разные фазы.Он подходит для широкого спектра материалов для испытаний, таких как металлы, пластмассы, керамика или другие пользователи с несущей способностью. Общие стандарты для испытаний на сжатие: ASTM D3574 (гибкие пористые материалы), ASTM D695-15 (жесткие пластмассы), AITM 0010, ASTM C109 (2-дюймовые бетонные кубы), ISO 844 (жесткие ячеистые пластмассы).Испытание на ползучесть Испытание на ползучесть или испытание на релаксацию напряжения включает в себя воздействие на материал постоянного напряжения при высоких температурах и регистрацию деформации через определенный интервал времени. После этого операторы наносят на график скорость ползучести в зависимости от времени, чтобы получить скорость ползучести (наклон графика).Этот тест позволяет производителям определить склонность материала к деформации при постоянном напряжении и постоянной температуре (включая тепловое расширение или усадку). Это важно для таких материалов, как металлообработка, пружины и паяные соединения.

Важны ли промышленные механические испытания?Структурная целостность является важной частью производства деталей для обеспечения безопасности и экономической целесообразности. Поскольку набор испытаний направлен на установление структурной целостности продукта, он является важной частью следующего:ПроизводителиДля качества машиностроительные испытания важны для каждого производителя. Кроме того, эти тесты позволяют производителям поддерживать свою репутацию, снижать производственные затраты и избегать брака продукции.Немногие компании-производители имеют необходимые машины для этих испытаний. Поэтому вы должны убедиться, что вы отдаете на аутсорсинг тому, у кого есть необходимые машины.Торговцы материаламиТорговцы материалами должны обеспечить надлежащее соблюдение международных стандартов, поскольку они являются основным пунктом приобретения материалов. Это вызывает доверие к продавцам.Клиенты/КлиентыКаждый заказчик и клиент, связанный с производством продукции, должен обеспечить проведение механических испытаний материалов и продукции до, во время и после производства. В результате они могут улучшить качество продукции и снизить количество отказов продукции.ЗаключениеМеханические испытания — это серия методов испытаний, используемых при анализе продуктов и материалов для обеспечения безопасности производства, надлежащего использования материалов и экономической эффективности. Это важная часть любой отрасли проектирования и производства.