Equip de prova
1. Màquina de prova
(1) Generalment, el nivell de precisió de la màquina de prova hauria de complir els requisits de GB/T16825.1 i hauria de ser la classe 1 o millor, tret que s’especifiqui el contrari a l’estàndard del producte.
Flexibilitat de la màquina de prova La flexibilitat dels equips de prova (màquina de prova i dispositiu criogènic) (percentatge de desplaçament del propi equip sota la força de prova). Per tal de mesurar la flexibilitat de la màquina de prova, s’ha de connectar un exemplar rígid o un exemplar especial de calibració al sistema de força i s’ha d’aplicar una força de prova baixa i una força de prova màxima permesa per la màquina de prova per mesurar la flexibilitat. Diferents flexibilitat poden afectar l'elongació i la resistència a la tracció de la mostra perquè l'exemplar experimentarà una deformació discontínua més gran en una màquina de prova amb menys flexibilitat.
La força del material de disseny del sistema en líquid sol ser el doble o més que a temperatura ambient. En condicions de baixa temperatura, per a exemplars amb les mateixes dimensions geomètriques del dispositiu, el termòstat, els components del sistema de força i el dispositiu seran sotmesos a forces més grans. Atès que la capacitat de moltes màquines de prova no excedeix els 100 kN, l'equip ha de considerar l'ús de petits exemplars en el disseny.
La selecció de materials Molts materials, inclosos la majoria dels acers ferrítics, es tornen trencadisses a 4K. Per evitar els danys dels equips, els materials utilitzats per fabricar accessoris i altres components de la cadena de càrrega han de ser aliatges de gran resistència i de baixa temperatura. Els materials amb baixa conductivitat tèrmica poden prevenir eficaçment la conducció de calor. S'han utilitzat acer inoxidable austenític (022R19NI10N), acer martensític (com ara 12CR13 amb xapa de níquel a prova de rovell), Super aliatges de níquel forjat i aliatges de titani (TC4 o TA7) per a la producció de fixacions, les barres de corbata i els marcs de termostat. Els materials no metàl·lics (com els compostos de resina epoxi) són excel·lents aïllants i es poden utilitzar per fer peces de compressió.
Alineació Alineació del sistema precisa en proves de tracció és un mitjà bàsic per minimitzar la tensió de flexió. Els equips i els accessoris s’han d’ajustar de manera que la càrrega es pugui aplicar amb precisió a la mostra de calibració de manera que la soca de flexió màxima no superi el 10% de la soca axial. Per reduir la soca de flexió a un nivell acceptable, s’ha d’ajustar el regulador de l’equilibri del termòstat amb la funció d’ajust o s’hauria d’utilitzar els spacing shims per compensar termòstats no ajustables. Per a un equip qualificat, la soca es calcula en funció de les lectures de l'exemplar de calibració a càrregues més baixes i màximes.
Es pot comprovar el compliment de l'equip de prova mitjançant el mètode eiximètric a temperatura ambient i 4K. Per completar la prova eiximètrica de l’equip, la composició de l’exemplar i l’elecció del termòstat han de ser la mateixa que per a la prova real de baixa temperatura i la dispersió de l’exemplar ha de ser el més petita possible. Durant la càrrega, la mostra no ha de patir una soca de plàstic a la longitud paral·lela. En alguns casos, cal utilitzar exemplars de calibració relativament durs i d’alta resistència.
1) Per als exemplars cilíndrics, la soca de flexió màxima s'ha de calcular mitjançant tres mesuradors de resistència de resistència, extensòmetres o calibres instal·lats al mig de la longitud paral·lela de la mostra i a la circumferència a intervals iguals.
2) Per a exemplars amb seccions transversals quadrades o rectangulars, les soques s’han de mesurar al centre de dues cares paral·leles (simètriques); Per als exemplars de plaques primes, les soques s’han de mesurar al centre de dues cares amples.
3) Per a accessoris roscats o fixats, es poden utilitzar els passos següents per avaluar l'efecte de la desviació de les exemplars. Mentre manteniu el dispositiu i la barra de tirada, gireu la mostra de 180 graus, repetiu la mesura eiximètrica i, a continuació, calculeu la soca de flexió màxima i la soca axial de la mostra. Si s’utilitzen altres accessoris o mètodes de connexió per avaluar l’efecte de la desviació de les exemplars, s’hauria de notar a l’informe.
Quan es mesura soques petites en una sola ubicació de la mostra en una prova de tracció, l’axialitat de la càrrega (que pot ser causada per mecanitzat de mostres) és el principal factor que causa errors de mesurament. Per tant, és necessari agafar tres punts igualment espaiats a la longitud paral·lela de la mostra (o almenys dos punts simètrics si l’equip està ben alineat) per mesurar la soca per separat. Finalment, informeu la soca mitjana de tres o dos punts que estan centrats simètricament dins de la longitud paral·lela de la mostra.
S’han de seleccionar diferents accessoris segons el tipus d’exemplar. Per evitar els danys dels equips, s’han de seleccionar accessoris especials a baixa temperatura de materials resistents a baixa temperatura.
Cryostat i els seus equips auxiliars
Cryostat El criostat (vegeu la figura 2-38) hauria de ser capaç d’emmagatzemar heli líquid. Per a les màquines de prova existents, el marc del criostat està especialment fabricat i l’ampolla de buit es pot comprar a través de canals comercials. El criostat pot estar equipat amb un pom per ajustar la direcció de càrrega per ajustar el centre.
Les ampolles de buit d'ampolla inoxidable Les ampolles de buit (millor resistència a l'impacte) són més segures que les ampolles de buit de vidre. Generalment, per a proves de tracció a curt termini, és suficient una ampolla de buit de nitrogen líquid d’una sola capa. Per descomptat, també es pot utilitzar una ampolla de buit de doble capa, amb la capa exterior plena de nitrogen líquid i la capa interior plena d’heli líquid.
Equipament auxiliar L’ampolla de buit i la canonada d’infusió de líquids han d’estar aïllats al buit. Per tant, calen equips auxiliars com ara bombes de buit, aire a gran pressió i ampolles de nitrogen líquid.
3. Indicador de nivell de líquid
Per tal d’assegurar les condicions de prova predeterminades, cal mantenir un cert nivell de nitrogen líquid al medi. En les proves convencionals, ja que la mostra està completament immersa en nitrogen líquid, no és necessari utilitzar termoparells per mesurar la seva temperatura superficial. Es poden utilitzar indicadors o comptadors per assegurar -se que la mostra està completament immers en nitrogen líquid durant tota la prova. Al criostat, s’utilitzaran els interruptors d’indicadors de resistència al carboni situats en determinats punts de referència per assegurar -se que el nivell de líquid sempre es manté per sobre de l’exemplar. Alternativament, es pot instal·lar un sensor de filferro superconductor de longitud adequada en una posició vertical al criòstat per controlar contínuament el nivell de líquid.
4. Extensòmetre
(1) Tipus qualsevol tipus d'extensòmetre es pot utilitzar sempre que pugui funcionar normalment a temperatura amb nitrogen líquid. El nivell de precisió de l'extensòmetre complirà els requisits de GB/T12160. Un extensòmetre amb una precisió no inferior a la classe 1 s'ha d'utilitzar per mesurar la força d'allargament de plàstic especificat i la força de rendiment de falla discontinua; Un extensòmetre amb una precisió no inferior a la classe 2 s'utilitzarà per mesurar altres propietats amb gran allargament.
Per mesurar la força especificada, es recomana utilitzar un extensòmetre mitjà. El millor és instal·lar o processar directament la vora del ganivet específica de l’extensòmetre a la secció de longitud paral·lela de l’exemplar.
Quan es mesura amb un extensòmetre capacitiu, s’utilitzarà una secció lineal amb sensibilitat regulable. Per tal d’evitar les bombolles al voltant del calibre de tensió a causa de la superfície de calefacció del calibre de tensió, que afecta el senyal de tensió, la tensió del pont al sistema de soca s’ha d’ajustar correctament de manera que no afecti la mesura del senyal de soca. Durant la prova, sempre que la temperatura al voltant del calibre de tensió es mantingui constant i la tensió no sigui prou alta com per fer que el nitrogen líquid bulli, l’autoescalfament del calibre de tensió no serà un problema. Quan es mesura la soca a 4K, el calibre de tensió es pot unir directament a la superfície de la mostra. Quan s’utilitzen mesuradors de tensió a baixes temperatures, s’ha de prestar atenció a la selecció i l’enllaç del calibre de tensió, el material del substrat i l’adhesiu. Tot i això, també s’ha de considerar que el calibre de tensió s’enllaça amb fluïdesa quan la soca es tensa, però encara no a 0. 2% de força d’allargament de plàstic.
La calibració de l'extensòmetre s'ha de dur a terme a temperatura ambient i 4K. Per a la calibració a 4K, es pot utilitzar un dispositiu de mesura de longitud, com ara un micròmetre equipat amb un tub telescòpic vertical. Després que s’instal·li l’extrem de baixa temperatura amb l’extensòmetre, s’immersa en nitrogen líquid. Si es coneix i es demostra que el resultat de la calibració és exacte, lineal i repetible, la calibració directa a 4K és més necessària després que es pugui trencar o reparar l'equip. La comprovació d’humitat de l’habitació abans de cada prova es pot considerar com una verificació indirecta de la calibració a 4K. És important comprovar regularment l'extensòmetre.
Prova el contingut i l'expressió de resultats
1. Instal·lació de la mostra
L’exemplar s’instal·la en un termòstat de baixa temperatura. Tingueu en compte que la línia de senyal de l'instrument s'ha de relaxar completament, de manera que la línia de senyal no s'estengui ni s'arruga quan posiciona l'ampolla de buit o durant la prova.
1) Durant el procés de centratge, la força de tracció sempre s’ha de mantenir per sota d’1/3 del límit elàstic del material i després mantenir -se en una força adequada per assegurar -se que l’exemplar roman centrat durant el procés de refrigeració.
2) Durant el procés de refrigeració, per tal de mantenir la centrada i evitar la soca descontrolada de la mostra, s’han d’utilitzar condicions de càrrega lliure.
2. Procés de refrigeració
El gel format en diferents parts de la mostra, l’extensòmetre i el sistema de força poden bloquejar el tub d’infusió d’heli líquid o provocar força de prova anormal. Per evitar la formació de gel, tots els líquids que poden produir condensació s’han d’eliminar dels equips abans de refredar -se. Es pot utilitzar un raig d’aire o assecador de cabells calents per assecar bé l’instrument. Si l'extensòmetre està equipat amb una carcassa protectora, instal·leu l'extensòmetre de manera que el líquid pugui fluir lliurement dins del rang de moviment de l'extensòmetre per evitar l'adhesió de bombolles i el soroll associat a elles.
Instal·leu l’ampolla de buit i ompliu el criostat amb nitrogen líquid per refrigerar l’equip. Després de les disminucions d’ebullició (s’arriba a l’equilibri tèrmic), buideu tot el nitrogen líquid al criòstat i després ompliu el criòstat amb líquid fins que la mostra i el dispositiu estiguin completament immersos en nitrogen líquid. La prova es pot iniciar després que el sistema arribi a l'equilibri tèrmic a 4K. Durant la prova, l'exemplar s'ha de submergir en nitrogen líquid. El nitrogen gasós té una conductivitat tèrmica inferior al nitrogen líquid. Per tant, l'exemplar s'ha de submergir completament en nitrogen líquid per minimitzar l'efecte de l'augment de la temperatura sobre la mesura de la propietat mecànica.
3. Taxa de prova
(1) Control de velocitat La mesura del rendiment de desplegament de la temperatura del nitrogen líquid es veurà afectada per la velocitat de prova. Per tant, la taxa de desplaçament també s’ha de mesurar i controlar durant la prova. A causa de la influència del fenomen de rendiment discontinu, la taxa de prova real no es pot controlar i mantenir amb precisió. Per tant, cal especificar una taxa de tensió nominal. La velocitat de tensió nominal es calcula en funció de la velocitat de desplaçament de la longitud paral·lela.
Límit de velocitat Qualsevol taxa de desplaçament es pot utilitzar perquè la tensió arribi a la meitat de la força de rendiment. Després d'això, la velocitat de desplaçament s'ha de controlar de manera que la velocitat de tensió nominal no excedeixi 10- s. Les taxes de tensió més elevades poden causar un escalfament excessiu de la mostra, que afectarà la precisió de la mesura de les propietats mecàniques del material.
Range de velocitat Generalment, el rang de velocitat de tensió recomanat per a proves de tracció a temperatura 4K és 10-10- s, però alguns materials mostren una certa sensibilitat als canvis en la velocitat de tensió dins d’aquest rang. Alguns acers austenítics de gran resistència mostren lleugers canvis en les propietats de tracció dins del rang de velocitat de 10-10- S, i alguns altres materials amb major resistència i conductivitat tèrmica (com els aliatges de titani) també poden mostrar tendències similars. Per tant, en algunes proves, es poden considerar taxes de tensió molt baixes i 10 només és la velocitat màxima de tensió permesa en aquesta prova.
També es permeten canvis adequats en la taxa de tensió. Per exemple, si es mesura la soca en el punt de partida d’una força de rendiment discontinua, la velocitat de tensió s’ha de reduir adequadament. Si el punt de partida de la primera serra de la corba de tensió-tensió està molt a prop de la força de rendiment 0. Per evitar el conflicte amb la mesura de la força de rendiment, és necessari retardar l’ocurrència de la primera serra reduint la velocitat de prova (vegeu la figura 2-39). Es pot utilitzar una taxa de tensió inferior al començament de la prova per mesurar la força de rendiment i es pot augmentar adequadament la velocitat de tensió per completar la prova.
4. Determinació de l’àrea transversal original
L’àrea de secció original de la mostra es calcula mitjançant la mesura adequada de la mida de la mostra. L’error de l’instrument de mesura de longitud utilitzat no ha de superar 0. 5% o 0. 010mm, el que sigui més gran.
5. Marcatge de la longitud del calibre original
La tinta o un marcador es pot utilitzar per marcar la posició adequada dins de la longitud paral·lela de la mostra. Després de marcar, cal mesurar la longitud del calibre original amb una precisió de 0. 1mm.
Per als metalls amb baixa ductilitat, el marcatge en la puntuació o el dibuix de la seva longitud paral·lela pot causar un fracàs de la prova a causa de la concentració d’estrès. Per evitar -ho, es pot utilitzar tinta per ruixar el recobriment superficial dins de la longitud paral·lela de la mostra, i després es pot raspar el recobriment a la superfície de la mostra a un interval adequat per aconseguir el propòsit de marcar la longitud del calibre original. El pas de la mostra o la longitud completa de la mostra també es pot utilitzar com a longitud del calibre original per calcular l’allargament. En aquest cas, es poden produir errors a causa dels canvis en la secció transversal mesurada, de manera que els resultats de la mesura també són limitats.
6. Determinació de les propietats mecàniques convencionals
Els mètodes de determinació d’allargament després de la fractura A, la força d’extensió de plàstic especificada R, la resistència a la tracció R i la contracció de la secció Z són els mateixos que els de la prova de temperatura ambient, excepte que la prova s’ha de dur a terme a temperatura amb nitrogen líquid (4K).
7. Determinació de la força de rendiment discontinu (R)
La força de rendiment discontinu s’obté dividint la força de prova màxima al començament de la primera serració mesurable a la corba de tensió de tensió per l’àrea transversal original de la mostra.
