Испытания на механические свойства материалов

Испытания на механические свойства — это процесс, в ходе которого материал подвергается контролируемым физическим нагрузкам с целью определить его поведение при воздействии сил. Такие исследования позволяют понять, насколько прочен, пластичен / вязок материал, как он реагирует на растяжение, сжатие, удар, насколько он надежен в эксплуатации.

Для производителей и поставщиков металлопроката, деталей машин, элементов конструкций, другой промышленной продукции механические испытания — обязательный этап оценки качества. Они помогают:

• убедиться в соответствии изделий требованиям ГОСТ / технических условий (ТУ), нормативным актам;

• подтвердить механическую прочность, устойчивость к внешним воздействиям;

• минимизировать риски отказа устройства в условиях эксплуатации;

• смоделировать реальные рабочие нагрузки еще на стадии проектирования.

Проверка проводится по методикам, утвержденным государственными и межгосударственными стандартами. 

Справка!  С 1 июля 2024 года действует ГОСТ 1497-2023, который описывает методику испытания металлов на растяжение. Для оценки ударной прочности применяется ГОСТ Р 51371-99 — он регламентирует методы тестирования технических изделий на воздействие ударных нагрузок.

Оценка позволяет обеспечить технологическую безопасность, продлить срок службы изделий, предотвратить аварии. Особенно это актуально для предприятий, работающих с металлом, сплавами, другими конструкционными материалами, где на первый план выходят показатели прочности, вязкости, твердости, выносливости.

Протокол с результатами тестов используют для оформления разрешительных документов по ТР ТС /ЕАЭС или иным нормативным актам, либо получения добровольного сертификата, когда требуется подтвердить такие характеристики продукции.

Основные виды испытаний на механические свойства металлов

Такая проверка помогает определить, как ведет себя металл под различными нагрузками и воздействиями. Эти тесты необходимы для оценки физического состояния материала, его прочности, пластичности, твердости, других эксплуатационных характеристик. В зависимости от цели исследования и условий нагрузки выделяют испытания:

1. По типу деформации:

• На растяжение.
  Образец металла растягивают до разрушения. Фиксируются такие показатели, как пределы прочности, текучести, относительное удлинение. Результаты показывают способность материала выдержать заданные рабочие нагрузки.

• На сжатие.
  Применяется для определения устойчивости материала к сжимающим нагрузкам. Особенно важно для элементов конструкций, работающих в условиях постоянного давления.

• На изгиб.
  Показывает способность материала сопротивляться изгибающим усилиям. Метод используется при проверке проката, профилей, сварных соединений.

• На кручение и сдвиг.
  Оценивается, как металл реагирует на скручивание  / сдвигающие нагрузки. Актуально для валов, шпинделей, других деталей с крутящими моментами.

2. По характеру воздействия нагрузки:

• Статические испытания.
  Выполняются с плавным и постепенным увеличением нагрузки. Классический пример — растяжение при постоянной скорости деформации. Методика дает точную картину упругих и пластических свойств металла.

• Динамические (ударные).
  Образец подвергается резкому кратковременному воздействию, как правило, с помощью удара. Цель — определить ударную вязкость, то есть способность противостоять хрупкому разрушению.

• Усталостные.
  Проверяется сопротивляемость циклическим нагрузкам. Устанавливается предел выносливости — то напряжение, при котором металл выдерживает заданное количество циклов без разрушения. Этот метод позволяет моделировать реальные условия эксплуатации оборудования.

Каждое тестирование проводится по утвержденным стандартам. Методики описываются в нормативных документах, подбираются в зависимости от типа продукции, условий эксплуатации, требований заказчика.

Этапы проведения экспертизы

Процедура строго регламентирована. Она состоит из последовательных действий, каждое из которых влияет на точность, достоверность полученных данных. 

1. Отбор образцов.

Нужно, чтобы форма, размеры, метод выборки соответствовали стандартизированным требованиям — это исключает искажения результатов.

2. Подготовка к исследованиям.

Образцы подвергаются механической обработке (если требуется), маркируются, хранятся в условиях, исключающих изменение их свойств. Лаборатория проверяет техдокументацию, утверждает методику, определяет, какие механические показатели будут исследоваться.

3. Проведение экспертизы.

Отобранные экземпляры помещаются в специализированное оборудование (разрывные машины, копры, установки циклической нагрузки, т. д.). Проводятся измерения согласно методике: фиксируется сила воздействия, скорость деформации, температура (при необходимости). Оператор отслеживает изменения формы, разрушение, напряжение в контрольных точках.

4. Определение результатов.

После завершения испытаний данные обрабатываются. Во время аналитического процесса рассматриваются реальные и нормативные значения прочности, твердости, ударной вязкости, пределов текучести, удлинения, пр.

5. Оформление протокола исследований (ПИ).

Результаты экспертизы вносят в ПИ, который включает:

• полное наименование лаборатории, заказчика;

• описание объекта оценки (с указанием состава, структуры, группы материала);

• примененную методику;

• сведения об условиях испытаний;

• полученные показатели;

• подписи ответственных специалистов;

• печать лаборатории.

При необходимости прикладывается дополнительная техническая документация: ТУ, паспорт изделия, сертификаты, др.

 

Требования к лабораториям

Среди основных:

1. Наличие аккредитации.

Наличие аттестата подтверждает, что организация имеет право выполнять такие испытания, имеет соответствующее техническое оснащение, аккредитованных экспертов.

2. Методическая база, стандарты.

Испытательные центры должны проводить экспертизу по утвержденным методикам действующих госстандартов. Например, по ГОСТ:

• 1497-2023 — применяется для испытания металлов на растяжение;

• 51371-99 — для проверки ударной прочности изделий, пр.

Если стандартов не существует или они не учитывают специфику продукции, допускается применение разработанных и утвержденных методик оценки.

3. Квалификация персонала.

Специалисты должны иметь профильное образование, опыт работы, допуски к проведению конкретных видов тестов. 

4. Оборудование.

Все используемое техническое оснащение должно быть:

• исправно, поверено;

• соответствовать требованиям применяемых методик;

• обеспечивать стабильность, точность измерений.

Периодическая аттестация оборудования, контроль условий тестирования (температура, влажность, вибрации) — обязательные элементы лабораторной практики.

5. Документальное сопровождение.

Все оценочные процедуры непременно документируются, заверяются подписями ответственных лиц и печатями.

Оборудование для испытаний 

Для определения заданных показателей используются специализированные испытательные установки. Современная лаборатория оснащается приборами, которые позволяют проводить все основные виды тестов для проверки механических свойств материалов.

Основные типы оборудования:

1. Разрывные машины.
   Применяются для испытаний на растяжение, сжатие, изгиб, кручение. Позволяют измерить предел прочности, предел текучести, относительное удлинение.

2. Твердомеры.
   Предназначены для определения сопротивления материала вдавливанию. Существуют различные методики измерения твердости (Бринелля, Виккерса, Роквелла), каждая из которых требует соответствующего оборудования.

3. Копры маятникового типа.
   Используются для испытаний на ударный изгиб. Оценивают ударную вязкость, способность материала сопротивляться хрупкому разрушению при высоких скоростях деформации.

4. Установки для усталостных испытаний.
   Позволяют моделировать циклические нагрузки на материал. Измеряется предел выносливости — напряжение, при котором образец выдерживает заданное число циклов нагружения без разрушения.

5. Климатические, вибрационные камеры.
   Применяются для создания специальных условий при проверке стойкости к внешним механическим, климатическим воздействиям.

6. Системы цифровой регистрации данных.
   Современные испытательные комплексы оснащаются программным обеспечением для автоматического съема, обработки, архивирования результатов. Это повышает точность измерений, исключает влияние человеческого фактора.

Каждое оборудование должно регулярно проходить поверку, техническое обслуживание. Параметры установки — диапазон нагрузок, точность измерений, скорость деформации — должны соответствовать используемым методикам испытаний. В противном случае результаты могут признать недействительными.

В центре Eac Audit оказывают спектр услуг — от организации испытаний до получения всех обязательных и дополнительных документов, необходимых для вывода товара на рынок. Обращайтесь!