Equipamento de teste
1. Máquina de teste
(1) Geralmente, o nível de precisão da máquina de teste deve cumprir os requisitos do GB/T16825.1 e deve ser de classe 1 ou melhor, a menos que especificado de outra forma no padrão do produto.
Flexibilidade da máquina de teste A flexibilidade do equipamento de teste (máquina de teste e dispositivo criogênico) (a porcentagem de deslocamento do próprio equipamento sob a força de teste) deve ser conhecida. Para medir a flexibilidade da máquina de teste, uma amostra rígida ou uma amostra de calibração especial deve ser conectada ao sistema de força e uma força de teste baixa e uma força de teste máxima permitida pela máquina de teste deve ser aplicada para medir a flexibilidade. A flexibilidade diferente pode afetar o alongamento e a resistência à tração da amostra, porque a amostra sofrerá maior deformação descontínua em uma máquina de teste com menos flexibilidade.
A força do material de design do sistema no líquido geralmente é duas vezes ou mais do que a temperatura ambiente. Sob condições de baixa temperatura, para amostras com as mesmas dimensões geométricas do acessório, o termostato, os componentes do sistema de força e o equipamento serão submetidos a forças maiores. Como a capacidade de muitas máquinas de teste não excede 100kn, o equipamento deve considerar o uso de pequenas amostras no design.
Seleção de materiais Muitos materiais, incluindo a maioria dos aços ferríticos, ficam quebradiços a 4K. Para evitar danos ao equipamento, os materiais usados para fabricar acessórios e outros componentes da cadeia de carregamento devem ser ligas de alta resistência, resistência e baixa temperatura. Materiais com baixa condutividade térmica podem efetivamente impedir a condução de calor. Aço inoxidável austenítico (022R19NI10N), aço martensítico (como 12CR13 com revestimento de níquel à prova de ferrugem), super ligas de níquel forjadas e ligas de titânio (TC4 ou TA7) foram usadas para a produção de acessórios, tirantes e térmicos. Materiais não metálicos (como compósitos de resina epóxi) são excelentes isoladores e podem ser usados para fazer peças de compressão.
Alinhamento preciso do alinhamento do sistema em testes de tração é um meio básico para minimizar a tensão de flexão. Os equipamentos e acessórios devem ser ajustados para que a carga possa ser aplicada com precisão à amostra de calibração, para que a tensão de flexão máxima não exceda 10% da tensão axial. Para reduzir a tensão de flexão para um nível aceitável, o regulador de equilíbrio no termostato com função de ajuste deve ser ajustado ou os calços espaçadores devem ser usados para compensar termostatos não ajustáveis. Para um equipamento qualificado, a tensão é calculada com base nas leituras da amostra de calibração em cargas mais baixas e máximas.
O equipamento de teste pode ser verificado quanto à conformidade usando o método axissimétrico à temperatura ambiente e 4K. Para concluir o teste axissimétrico do equipamento, a composição da amostra e a escolha do termostato devem ser as mesmas do teste real de baixa temperatura, e a dispersão da amostra deve ser o menor possível. Durante o carregamento, a amostra não deve passar por tensão plástica no comprimento paralelo. Em alguns casos, é necessário usar amostras de calibração relativamente difíceis e de alta resistência.
1) Para amostras cilíndricas, a tensão de flexão máxima deve ser calculada usando três medidores de tensão de resistência, extensômetros ou medidores de grampos instalados no meio do comprimento paralelo da amostra e na circunferência em intervalos iguais.
2) Para amostras com seções transversais quadradas ou retangulares, as cepas devem ser medidas no centro de duas faces paralelas (simétricas); Para amostras de placas finas, as cepas devem ser medidas no centro de duas faces largas.
3) Para acessórios roscados ou fixados, as etapas a seguir podem ser usadas para avaliar o efeito da deflexão da amostra. Ao manter o acessório e a haste de tração ainda, gire a amostra de 180 graus, repita a medição axissimétrica e calcule a tensão de flexão máxima e a tensão axial da amostra. Se outros acessórios ou métodos de conexão forem usados para avaliar o efeito da deflexão da amostra, isso deve ser observado no relatório.
Ao medir pequenas cepas em um único local na amostra em um teste de tração, a axialidade do carregamento (que pode ser causada pela usinagem da amostra) é o principal fator que causa erros de medição. Portanto, é necessário levar três pontos igualmente espaçados no comprimento paralelo da amostra (ou pelo menos dois pontos simétricos se o equipamento estiver bem alinhado) para medir a tensão separadamente. Finalmente, relate a tensão média de três ou dois pontos que são simetricamente centrados dentro do comprimento paralelo da amostra.
Diferentes acessórios devem ser selecionados de acordo com o tipo de amostra. Para evitar danos ao equipamento, devem ser selecionados equipamentos especiais de baixa temperatura feitos de materiais resistentes à baixa temperatura.
Cryostat e seu equipamento auxiliar
Cryostat the Cryostat (veja a Figura 2-38) deve ser capaz de armazenar hélio líquido. Para as máquinas de teste existentes, o quadro do criostato é feito especialmente e a garrafa de vácuo pode ser comprada através de canais comerciais. O criostato pode estar equipado com um botão para ajustar a direção de carga para o ajuste da centralização.
Garrafas a vácuo garrafas a vácuo aço inoxidável (melhor resistência ao impacto) são mais seguras que as garrafas de vidro. Geralmente, para testes de tração a curto prazo, uma garrafa de nitrogênio líquido de camada única é suficiente. Obviamente, uma garrafa de vácuo de camada dupla também pode ser usada, com a camada externa preenchida com nitrogênio líquido e a camada interna cheia de hélio líquido.
Equipamento auxiliar A garrafa de vácuo e o tubo de infusão líquida precisam ser isolados a vácuo. Portanto, são necessários equipamentos auxiliares, como bombas de vácuo, ares de alta pressão e garrafas de nitrogênio líquido.
3. Indicador de nível líquido
Para garantir as condições de teste predeterminadas, é necessário manter um certo nível de nitrogênio líquido no ambiente. Nos testes convencionais, como a amostra é completamente imersa em nitrogênio líquido, não é necessário usar termopares para medir sua temperatura da superfície. Indicadores ou medidores podem ser usados para garantir que a amostra esteja completamente imersa em nitrogênio líquido durante todo o teste. No criostato, os interruptores indicadores de resistência ao carbono localizados em determinados pontos de referência serão usados para garantir que o nível do líquido seja sempre mantido acima da amostra. Como alternativa, um sensor de fio supercondutor do comprimento apropriado pode ser instalado em uma posição vertical no criostato para monitorar continuamente o nível de líquido.
4. Extensômetro
(1) Tipos qualquer tipo de extensômetro pode ser usado desde que possa operar normalmente à temperatura do nitrogênio líquido. O nível de precisão do extensômetro deve cumprir os requisitos do GB/T12160. Um extensômetro com precisão não inferior a Classe 1 deve ser usado para medir a força de alongamento plástico especificado e a força de escoamento de falha descontínua; Um extensômetro com precisão inferior a Classe 2 deve ser usado para medir outras propriedades com grande alongamento.
Para medir a força especificada, é recomendável usar um extensômetro médio. É melhor instalar ou processar diretamente a borda da faca específica do extensômetro na seção de comprimento paralelo da amostra.
Ao medir com um extensômetro capacitivo, uma seção linear com sensibilidade ajustável deve ser usada. Para evitar bolhas ao redor do manômetro devido à superfície de aquecimento do manômetro, o que afeta o sinal de deformação, a tensão da ponte no sistema de deformação deve ser ajustada adequadamente para que não afete a medição do sinal de deformação. Durante o teste, desde que a temperatura ao redor do manômetro permaneça constante e a tensão não seja alta o suficiente para fazer com que o nitrogênio líquido ferva, a auto-aquecimento do medidor de deformação não será um problema. Ao medir a tensão em 4K, o medidor de deformação pode ser diretamente ligado à superfície da amostra. Ao usar medidores de tensão a baixas temperaturas, deve -se prestar atenção à seleção e ligação do medidor de deformação, material do substrato e adesivo. No entanto, também deve -se considerar que o medidor de deformação está livremente ligado quando a tensão é tensa, mas ainda não em 0. 2% de força de alongamento plástico.
A calibração do extensômetro precisa ser realizada à temperatura ambiente e 4K. Para calibração em 4K, um dispositivo de medição de comprimento pode ser usado, como um micrômetro equipado com um tubo telescópico vertical. Depois que a extremidade de baixa temperatura é instalada com o extensômetro, ela é imersa em nitrogênio líquido. Se o resultado da calibração for conhecido e comprovado ser preciso, linear e repetível, a calibração direta em 4K será mais necessária após a quebra do equipamento. A verificação de umidade da sala antes de cada teste pode ser considerada uma verificação indireta da calibração em 4K. É importante verificar regularmente o extensômetro.
Teste o conteúdo e expressão de resultado
1. Instalação da amostra
A amostra é instalada em um termostato de baixa temperatura. Observe que a linha de sinal do instrumento deve estar totalmente relaxada, para que a linha de sinal não seja esticada ou enrugada ao posicionar a garrafa de vácuo ou durante o teste.
1) Durante o processo de centralização, a força de tração deve ser sempre mantida abaixo de 1/3 do limite elástica do material e depois mantida em uma força apropriada para garantir que a amostra permaneça centrada durante o processo de resfriamento.
2) Durante o processo de resfriamento, para manter a centralização e evitar a tensão não controlada da amostra, as condições de carregamento livre devem ser usadas.
2. Processo de resfriamento
O gelo formado em diferentes partes da amostra, extensômetro e sistema de força podem bloquear o tubo de infusão de hélio líquido ou causar força de teste anormal. Para evitar a formação de gelo, todos os líquidos que podem produzir condensação devem ser removidos do equipamento antes do resfriamento. Um jato de ar ou secador de cabelo quente pode ser usado para secar completamente o instrumento. Se o extensômetro estiver equipado com um alojamento protetor, instale o extensômetro para que o líquido possa fluir livremente dentro da amplitude de movimento do extensômetro para evitar a fixação de bolhas e o ruído associado a eles.
Instale a garrafa de vácuo e encha o criostato com nitrogênio líquido para pré-resolver o equipamento. Após a ebulição diminuir (é atingido o equilíbrio térmico), esvazie todo o nitrogênio líquido no criostato e depois encha o criostato com líquido até que a amostra e o acessório estejam completamente imersos em nitrogênio líquido. O teste pode ser iniciado depois que o sistema atinge o equilíbrio térmico a 4K. Durante o teste, a amostra deve ser imersa em nitrogênio líquido. O nitrogênio gasoso tem menor condutividade térmica do que o nitrogênio líquido. Portanto, a amostra deve ser completamente imersa em nitrogênio líquido para minimizar o efeito do aumento da temperatura na medição da propriedade mecânica.
3. Taxa de teste
(1) Controle de taxa A medição do desempenho do puxão de temperatura do nitrogênio líquido será afetada pela taxa de teste. Portanto, a taxa de deslocamento também deve ser medida e controlada durante o teste. Devido à influência do fenômeno de rendimento descontínuo, a taxa de teste real não pode ser controlada e mantida com precisão. Portanto, uma taxa de deformação nominal precisa ser especificada. A taxa de deformação nominal é calculada com base na taxa de deslocamento do comprimento paralelo.
Limite de taxa qualquer taxa de deslocamento pode ser usada para fazer com que a tensão atinja metade da força de escoamento. Depois disso, a taxa de deslocamento deve ser controlada para que a taxa de deformação nominal não exceda 10- s. Taxas de deformação mais altas podem causar aquecimento excessivo da amostra, o que afetará a precisão da medição das propriedades mecânicas do material.
Faixa de taxa geralmente, a faixa de deformação recomendada para testes de tração à temperatura 4K é 10-10- s, mas alguns materiais mostram uma certa sensibilidade às mudanças na taxa de deformação dentro desse intervalo. Alguns aços austeníticos de alta resistência mostram pequenas alterações nas propriedades de tração na faixa de taxa de deformação 10-10- s, e alguns outros materiais com maior resistência e condutividade térmica (como ligas de titânio) também podem mostrar tendências semelhantes. Portanto, em alguns testes, taxas de deformação muito baixas podem ser consideradas e 10 é apenas a taxa de deformação máxima permitida neste teste.
Alterações apropriadas na taxa de deformação também são permitidas. Por exemplo, se a tensão no ponto de partida de uma força de escoamento descontínua for medida, a taxa de deformação precisará ser reduzida adequadamente. Se o ponto de partida do primeiro dente de serra na curva de tensão-deformação estiver muito próximo do 0. 2% de força de escoamento, a fim de evitar conflitos com a medição da força de escoamento, é necessário atrasar a ocorrência do primeiro deto de serra, reduzindo a taxa de teste (consulte a Figura 2-39). Uma taxa de deformação mais baixa pode ser usada no início do teste para medir a força de escoamento, e a taxa de deformação pode ser aumentada adequadamente para concluir o teste.
4. Determinação da área de seção transversal original
A área de seção transversal original da amostra é calculada pela medição apropriada do tamanho da amostra. O erro do instrumento de medição de comprimento utilizado não deve exceder 0. 5% ou 0. 010mm, o que for maior.
5. Marcando o comprimento do medidor original
A tinta ou um marcador pode ser usada para marcar a posição apropriada dentro do comprimento paralelo da amostra. Após a marcação, o comprimento do medidor original precisa ser medido com uma precisão de 0. 1mm.
Para metais com baixa ductilidade, a marcação de pontapé ou desenho em seu comprimento paralelo pode causar falha no teste devido à concentração de tensão. Para evitar isso, a tinta pode ser usada para pulverizar o revestimento da superfície dentro do comprimento paralelo da amostra e, em seguida, o revestimento pode ser raspado na superfície da amostra em um intervalo apropriado para alcançar o objetivo de marcar o comprimento do medidor original. A etapa da amostra ou o comprimento total da amostra também pode ser usado como o comprimento do medidor original para calcular o alongamento. Nesse caso, os erros podem ocorrer devido a alterações na seção transversal medida, portanto os resultados da medição também são limitados.
6. Determinação de propriedades mecânicas convencionais
Os métodos de determinação de alongamento após a fratura A, a resistência à extensão plástica especificada R, a resistência à tração R e o encolhimento transversal Z são os mesmos do teste de tração à temperatura ambiente, exceto que o teste precisa ser realizado à temperatura líquida de nitrogênio (4K).
7. Determinação da força de escoamento descontínuo (r)
A força de escoamento descontínua é obtida dividindo a força máxima de teste no início da primeira serração mensurável na curva de tensão-deformação pela área de seção transversal original da amostra.
