Badania niszczące materiałów. Charakterystyka

Wykrycie i eliminacja różnego rodzaju defektów pojawiających się w materiałach uzyskuje się poprzez przeprowadzanie odpowiednich badań. Można je podzielić na dwie podstawowe grupy. Badania nieniszczące (NDT – non-destructive tests) przeprowadza się w taki sposób, że próbka nie ulega zniszczeniu. Natomiast badania niszczące (DT – destructive tests) prowadzą do naruszenia struktury materiału badanego.

 

Do czego są potrzebne badania niszczące?

Najważniejszym celem badań niszczących jest sprawdzenie, jak zachowa się dany materiał podczas określonego obciążenia. Na trwałość konstrukcji wpływ ma przede wszystkim temperatura oraz obciążenia zmienne. Badania niszczące pozwalają uzyskać informacje o wytrzymałości i właściwościach wybranego surowca. Są one niezbędne do oceny kwalifikacyjnych połączeń spawalnych, sprawdzenia poprawności technologii spawania i napawania, a także weryfikacji spawaczy. Podczas ich wykonywania próbka ulega uszkodzeniom, dlatego należy ją odpowiednio przygotować zgodnie z potrzebami normatywnymi. W tym celu przeprowadza się odpowiednią obróbkę mechaniczną.

 

Metody pomiaru twardości

Odporność na powstawanie trwałych odkształceń i uszkodzeń pozwala zmierzyć twardość materiału. Można ją przeprowadzać różnymi sposobami:

• metodą Brinella,
• metodą Rockwella,
• metodą Vickersa.

Pomiar odbywa się poprzez duży nacisk skupiony w jednym miejscu za pomocą specjalnej aparatury. W powierzchnię próbki wciska się wgłębnik do czasu, aż powstanie odkształcenie. W metodzie Brinella wykorzystuje się twardościomierz hydrauliczny i kulki z węglików spiekanych. Wyniki są powtarzalne, a skala twardości uwzględnia wszystkie materiały. W metodzie Rockwella penetrator będący diamentowym stożkiem zagłębia się w badany materiał, co pozwala na bezpośredni odczyt twardości oraz szybki pomiar materiałów miękkich i twardych. Metoda Vickersa wymaga twardościomierza z hydrauliczną regulacją szybkości obciążenia z mikroskopem pomiarowym. Charakteryzuje się ona jedną skalą dla całego zakresu twardości. Można ją stosować do materiałów miękkich i twardych, cienkich warstw i dużych elementów.

 

Statyczna próba rozciągania

Statyczna próba rozciągania przeprowadzana jest najczęściej w celu sprawdzenia właściwości spoin lub całego złącza spawanego. Badanie polega na osiowym rozciąganiu próbki na maszynie zwanej zrywarką. Do niej podłączony jest siłomierz, który wskazuje siłę będącą w danej chwili w próbce. Odczytywanie wyników wymaga także czujników lub tensometru. W ten sposób można zbadać właściwości plastyczne, sprężystość, wytrzymałość na rozciąganie danego tworzywa oraz wielkość siły, która prowadzi do przerwania próbki.

 

Próba udarności

Sprawdzenie odporności na obciążenia dynamiczne metali można uzyskać poprzez badanie udarności. Proces ten polega na złamaniu próbki za pomocą działania odpowiednio dużej siły w krótkim czasie. Najczęściej wykorzystuje się do tego młot wahadłowy. Próbka powinna być podparta swobodnie na obu końcach i mieć karb ułożony po przeciwnej stronie od uderzenia. Wynik próby określa wielkość pracy potrzebnej do złamania próbki. Jest on uzależniony od wymiarów i kształtu próbki oraz kształtu garbu.

 

Badanie metalograficzne

Badanie metalograficzne przeprowadza się z użyciem technologii makroskopowej. Polega ono na obserwacji powierzchni, ocenie jej jakości i sprawdzeniu nieciągłości strukturalnych jak np. pęknięć, zwalcowań, zanieczyszczeń czy pęcherzy. Wszystkie te czynniki prowadzą do osłabienia przekroju, dlatego muszą zostać odpowiednio odkryte. W tym celu wykorzystuje się sprzęt optyczny o niedużej wielokrotności powiększenia. Nieuzbrojonym okiem można sprawdzić naturalne części powierzchni lub specjalnie przygotowane zgłady części maszyn, odlewy, gotowe wyroby lub półfabrykaty.