Приборостроение – область промышленности, которая занимается производством технических средств измерения и контроля над работой различных устройств.
Испытание материалов – комплекс мероприятий, обеспечивающий определение физико-механических, химических и эксплуатационных свойств материалов для обеспечения надежности и безопасности приборов.
Виды продукции и применяемые материалы для ее изготовления
Продукция приборостроения прочно вошла в повседневную деятельность человека. К ее основным видам относятся:
- Измерительные приборы (термометры, манометры, вольтметры и др.);
- Аналитические средства (ультразвуковые, электрохимические, ядерные и др. анализаторы и системы);
- Оптические приборы (микроскопы, телескопы, лазерные установки);
- Электронные средства контроля (датчики, микроконтроллеры и т. п.);
- Медицинское оборудование (средства диагностики, терапевтические приборы);
- Промышленное приборостроение (средства для автоматизации и управления технологическими процессами производства);
- Приборы навигации (используются в авиации, космонавтике, судовождении, оборонной промышленности).
Анализируя представленный список не трудно сделать вывод о применяемых в приборостроении материалах. Для создания приборов используются практически все известные материалы – металлы, сплавы, пластмассы, композиты, керамика и многие другие.
Изделия используемые в приборостроении
Широкое распространение в отрасли получили изделия из конструкционной стали, сочетающей высокую прочность и специфические требования (низкая плотность в сечениях, наличие либо отсутствие определенных электрических или магнитных свойств, высокой стабильностью заданных характеристик, хорошими технологическими свойствами). Как правило, в приборостроении используются высоколегированные стали (20Х23, 40Х13, 15Х25Т и подобные).
Из цветных металлов и их сплавов наиболее часто используемыми являются медь, алюминий, бронза, латунь, олово, никель и др. с заранее заданными свойствами (см. табл. 1).
|
Свойства |
Медь |
Алюминий |
||
|
МТ |
ММ |
АТ |
АМ |
|
|
Удельное сопротивление, мкОм/м, не более Предел прочности на разрыв, МПа Относительное удлинение перед разрывом, % Относительное сужение перед разрывом, % Твердость по Бринеллю, НВ Модуль упругости, ГПа статический динамический Удельная ударная вязкость, кДж/м² |
0,0177-0,0180 250-500 0,5-5,0 ˂ 55 65-120 122-132 112 — |
0,01724 200-280 18-50 ˂ 75 35-38 117 74 1560 |
0,0290 100-180 0,5-2,0 70-80 33 72 66 1200 |
0,0280 70-100 10-25 80-85 25 66 54 900 |
| М – мягкая фракция; Т – твердая фракция | ||||
Таблица 1
При монтаже электронных схем применяются проводниковые, полупроводниковые, диэлектрические и магнитные материалы.
Во многих приборах используются благородные металлы – золото, серебро, платина, палладий.
Серебряные контакты
Для изготовления термопар, электронагревательных элементов, резисторов используются сплавы металлов (например, Cu + Ni + Mn) и керамика.
Испытания материалов, используемых в приборостроении
Испытания материалов осуществляются в соответствии с требованиями руководящих документов на методику испытаний. В качестве примера рассмотрим содержание механических испытаний металлов и сплавов. В соответствии с использованием разработаны и применяются на практике следующие виды испытаний:
- По характеру воздействия (кратковременные, длительные);
- По виду напряженного состояния (на растяжение, сжатие, кручение, изгиб, срез);
- Технологические (определение пластичности, твердости);
- Переменной нагрузкой (на выносливость, малоцикловую усталость);
- Ударом (на ударное растяжение, изгибом на ударную вязкость, поворотным ударом).
По требованию заказчика могут проводиться другие виды испытаний (определение модуля упругости, модуля сдвига, пределов пропорциональности, относительные остаточные удлинения и сужения после разрыва и др.).
К образцам для испытаний предъявляются определенные требования по составу, геометрической форме, размерам, видам обработки, количеству.
В качестве оборудования для испытания применяются разрывные испытательные машины МИМ, гидропрессы МИП, стенды и др. установки. Все они должны быть оборудованы измерительными устройствами для контроля прилагаемой нагрузки, скорости и времени.
Алгоритм испытаний рассмотрим на примере метода испытания материала на ударный изгиб.
Подготовленный образец устанавливается в захваты маятникового копра МИК. Удар маятника производится со стороны, противоположной концентратору напряжения на образце.
Работу удара определяют по шкале копра или показаниям подсоединенной измерительной аппаратуры.
После завершения испытания производится обработка полученных результатов математическим путем и делается вывод о целесообразности применения испытываемого материала в конкретном приборе.
Руководящие документы на испытания материалов, используемых в приборостроении
В приборостроении используется большое количество стандартов по испытаниям материалов и определению их свойств. Вот некоторые из них:
- ГОСТ 30630.0.0-99 «Методы испытаний на стойкость к внешним воздействующим факторам машин, приборов и других технических изделий»;
- ГОСТ 28840-90 «Машины для испытания материалов на растяжение, сжатие и изгиб. Общие технические требования»;
- ГОСТ 24054 «Изделия машиностроения и приборостроения. Методы испытаний на герметичность. Общие требования»;
- ГОСТ 24409-80 «Материалы керамические электротехнические. Методы испытаний»;
- ГОСТ 12182.6-80 «Кабели, провода и шнуры. Метод проверки стойкости к раздавливанию»;
- ГОСТ 28779-90 «Материалы электроизоляционные твердые. Метод определения воспламеняемости под воздействием источника зажигания»;
- ГОСТ 9.048-89 «Единая система защиты от коррозии и старения. Изделия технические. Методы лабораторных испытаний на стойкость к воздействию плесневых грибов»;
- ГОСТ 16962.1-89 «Изделия электротехнические. Методы испытаний на устойчивость к климатическим внешним воздействующим факторам».
При выборе конкретного ГОСТа для испытаний материалов в приборостроении учитывается тип материала, конкретное изделие, требования к его применению и условия эксплуатации.
