Испытания материалов

Испыта́ния материа́лов, определение физико-химических, механических и технологических свойств материалов (металлов, древесины, бетона, красок, смазочных масел и др.) с целью оценки их работоспособности. Понятие «испытания материалов» объединяет методы исследования и контроля свойств материалов. Испытания материалов проводятся на всех этапах производства материала (сырьё, полуфабрикат, конечный продукт), а также при эксплуатации изготовленных из него изделий (конструкций). В процессе испытаний воспроизводится воздействие на материал внешних факторов (механических нагрузок, температуры, окружающей среды и др.). При контрольных испытаниях материалов руководствуются стандартами или техническими условиями, регламентирующими методики испытаний (рабочие режимы, аппаратура и др.). С помощью испытания образцов определяются характеристики материала и сравниваются с нормативными значениями. Применяются как разрушающие методы испытания материалов, вызывающие повреждение или полное разрушение объекта испытаний, так и неразрушающие, после которых возможно дальнейшее использование объекта (неразрушающий контроль). Многообразие методов испытаний материалов обусловлено различными свойствами материалов.

По видам воздействия испытания материалов подразделяют на:

• химические, предназначенные для определения химического состава материалов, их растворимости (в воде, масле, бензине и др.), способности противостоять химическому воздействию, например окислению (в частности, для металлов и композиционных материалов на металлической основе – различным видам коррозии: общей, питтинговой, межкристаллитной) и др.;
• физические, применяемые для определения электрической проводимости материалов, их теплопроводности, теплоёмкости, оптической прозрачности, температуростойкости, влагонасыщения (для композиционных и неметаллических материалов), магнитных свойств, коэффициента линейного расширения, а также макроструктуры (оценивается визуально) и микроструктуры, в том числе кристаллической или аморфной структуры и атомного строения (наблюдаются с помощью оптического или электронного микроскопа либо рентгенографически);
• механические (их часто отождествляют с общим понятием «испытания материалов»), применяемые для испытания конструкционных материалов. Механические испытания материалов (на растяжение, сжатие, удар, изгиб, кручение, срез, твёрдость, усталость) позволяют определить сопротивление материала деформации и разрушению под действием статических или динамических нагрузок (длительных или кратковременных).

Например, при испытании материалов на трещиностойкость определяется уровень приложенных напряжений, вызывающих развитие разрушения (начальное образование преимущественно усталостной трещины, её рост до критического размера с последующим спонтанным развитием за счёт упругой энергии, накопленной в материале), и рассчитывается коэффициент интенсивности напряжения (КИН), позволяющий прогнозировать работоспособность материала (конструкции) с трещиной. Важнейшими прочностными показателями (пределы упругости, текучести, прочности, усталости, а также КИН и др.) руководствуются при производстве материалов, а также расчётах и проектировании различных деталей, машин, конструкций. Результаты механических испытаний служат также для получения расчётных значений, дают возможность оценить несущую способность, долговечность и безопасную повреждаемость конструкций.

Технологические испытания материалов позволяют определить температурные и скоростные режимы деформации материала, параметры термообработки, показатели формообразования (коэффициент вытяжки, радиус гибки и др.), свариваемость, возможность пайки, склеивания, обработки различными инструментами, а также качество обработанной поверхности после различных технологических операций (резки, точения, шлифования, полирования и др.). Для оценки качества материалов и их ранжирования используют технологические пробы (ударные испытания образцов с надрезом, испытания образцов изгибными нагрузками, испытания на отслаивание, оценка износа, определение критического уровня напряжений при коррозионных испытаниях и др.).

По назначению испытания материалов классифицируют:

• на квалификационные, применяемые для обоснования заданной работоспособности изделия (предполагают всестороннюю статистическую оценку технических характеристик материала);
• сертификационные – для установления соответствия партии материалов требованиям, представленным в технических условиях на поставку;
• арбитражные – для определения соответствия материала разрушенной детали нормативным требованиям и в случае рекламации.