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金属材料液氮拉伸试验实验原理是什么?专业实验人员为您科普。

  金属材料液拉伸试验按照GB/T245842009《金属材料拉伸试验液试验方法》进行。材料在进行位...
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时间:2022-08-24 23:06:55 作者:伟德赛事投注 来源:伟德外围平台

  金属材料液拉伸试验按照GB/T245842009《金属材料拉伸试验液试验方法》进行。材料在进行位移控制的液拉伸试验时,力时间和力伸长曲线上可产生锯齿,齿是由不稳定的塑性变形和阻力反复冲击造成的。不稳定的塑性变形(不连续)是一个不同步的过程,在高于一般的应变速率条件下,伴随试样内部发热,产生在试样平行长度的局部区域内。

  奥氏体不锈钢与各种不连续屈服的锯齿形的应力应变曲线所示。试样温度不能在液氮试验的整个时间里保持恒定。绝热增温时,在每个不连续服锯齿内,试样平行长度局部区域内的温度暂时会高于4K。锯齿的数量和力值下降程度是材料成分和其他参数(例如试样尺寸和试验速度)的函数。一般来说,改变力学试验变量可改变锯齿的类型,但不能消除不连续屈服。室温下材料变形接近等温,一般不发生不连续屈服因此,材料在液的拉伸性能(特别是抗拉强度、断后伸长率和断面收缩率),缺少室温性能测量的含义材料液氮试验的应力应变特性曲线取决于位移控制,是按传统方法进行材料表征的。那么今天科准测控小编来给大家讲解一下相关知识点。

  (1)标准圆柱试样标准圆柱试样的形状和尺寸如图2-36和表2-26所示,试样头部仅为示意性,可根据试验夹具自行设计。

  (2)矩形横截面试样矩形横截面的形状和尺寸如图2-37和表2-27所示,试样头

  当试样直径较小时,试样在加工及试验过程中都需要特别的小心。因为随着试样尺寸的减小,诸如加工、表面处理及同轴度等因素就会变得非常重要。

  为了确保试样的选取对于产品来说具有代表性,拉伸试验的取样应在材料的最终条件下进行。

  2)对于厚度或直径不小于40mm的产品,取样位置应在距表面与中心距离相等的位置。

  (1)一般要求试验机的准确度级别应符合GB/T16825.1的要求,并应为1级或优于1级,除非产品标准另作规定。

  试验机的柔度试验设备(试验机和低温装置)的柔度(在试验力的作用下设备本身的位移百分比)应该是已知的。为了测量试验机的柔度,应将一刚性试样或专用标定试样连接在加力系统中,并施加一个较低的试验力和一个试验机所允许的最大试验力分别测量柔度。不同的柔度可能对试样的延伸率和抗拉强度产生影响,因为在柔度较小的试验机上试样会发生较大的不连续变形。

  系统设计材料在液中的强度通常是室温的两倍或更高。低温状态下对于夹具相同几何尺寸的试样,恒温器、加力系统零部件及夹具都将承受更大的力。由于很多试验机的容量都不超过100kN,设备在设计中应考虑使用的小型试样。

  选用材料许多材料,包括绝大多数的铁素体钢在4K的温度下会变脆。为避免设备损坏,制造夹具及其他加载链零部件的材料应选用强度高、韧性好的低温合金具有低导热性的材料可以有效地阻止热传导,奥氏体不锈钢(022r19Ni10N)、马氏体钢(如12Cr13等有防锈镀镍层)、锻造镍基超耐热合金及钛合金(TC4或TA7)已经用于夹具、拉杆及恒温器框架的制作。非金属材料(如环氧树脂复合物)是优良的绝热体,可用于制作抗压件。

  对中在拉伸试验中准确的系统对中是使弯曲应变最小化的基本手段。设备和夹具应该被调整至载荷能够精确作用于标定试样上,使得最大的弯曲应变不超过轴向应变的10%为使弯曲应变降低到可接受的水平,应调整拥有调节功能的恒温器上的平衡调节器,或使用间距垫片来补偿不可调的恒温器,对于一台合格的设备来说,应变的计算是依据标定试样在较低和最大载荷下的读数来确定的。

  可在室温和4K的温度下使用轴对称测量法检查试验设备是否合格。为完成设备的轴对称性试验,试样的成分及恒温器的选用应与实际低温试验相同,并且试样的分散性要尽可能的小。在加载过程中,试样在平行长度内不能发生塑性应变。在一些情况下有必要使用相对硬的、高强度的标定试样。

  1)对于圆柱形的试样,计算最大弯曲应变应采用三个电阻应变计、引伸计或夹规分别安装在试样平行长度上的中间以及等间距的圆周上。

  2)对于横截面为方形或矩形的试样,应在两平行面(对称的)的中心位置测量应变;对于薄板形试样,应在两个宽面的中心位置测量应变。

  3)对于螺纹或用销钉连接的夹具,可以依照以下步骤来评估试样偏斜的影响。在保证夹具以及拉杆不动的情况下,将试样旋转180°,重复轴对称测量,然后计算最大弯曲应变和试样的轴向应变。如果用其他的夹具或连接方法来评估试样偏斜的影响,应在报告中注明。

  拉伸试验中当在试样的唯一位置测量较小应变时,加载的不同轴性(可能由于试样机加工而引起)是引起测量误差的主要因素。因此,需要在试样的平行长度上取等间距的三个点(或者如果设备的对中非常好,至少应取对称的两点)分别测量应变。最后报出在试样平行长度内中心对称的三个点或两个点的应变平均值。

  夹具根据试样类型应选择不同的夹具。为避免设备损坏,应选用由耐低温材料制造的低温专用夹具。

  低温恒温器 低温恒温器 (见图2—38)应能够保存液氦。对于现有的试验机来说,低温恒温器的机架是特制的,通过商业渠道可以买到真空瓶。低温恒温器有可能附带可调节载荷方向的旋钮,以便对中调整。

  真空瓶不锈钢的真空瓶(抗冲击性能更好)比玻璃的真空瓶更安全。一般对于短时的拉伸试验来说,单层的液氮真空瓶就足够了。当然也可采用双层的真空瓶,外层充满液氮,内层则注入液氦。

  辅助设备真空瓶和液输液管需要真空绝热。因此,需要真空泵、高压空气及液氮瓶等辅助设备。

  为了确保预定的试验条件就需要维持环境中的液氮在一定水平。在常规试验中,由于试样是完全浸泡在液氮中的,因此没有必要使用热电偶来测量其表面温度。可通过指示器或仪表以确保在整个试验中试样完全浸泡在液氮中。在低温恒温器中,位于某些参考点的碳电阻指示开关将被用于确保液面总是保持于试样以上。另外,也可选择在低温恒温器内的垂直位置安装适当长度的超导线传感器,用以连续监视液面高度。

  (1)类型只要能在液氮温度下正常工作,各种类型的引伸计均可使用。引伸计的准确度级别应符合GB/T12160的要求,测定规定塑性延伸强度、不连续失验对屈强度应使用不低于1级准确度的引伸计;测定其他具有较大延伸率的性能,应使用不低于2级准确度的引伸计。

  为了测量观定强度,建议使用平均引伸计。最好能在试样的平行长度部分直接安装或加工引计专用的刀口。

  用电容引伸计测量时,应使用可进行灵敏度调节的线性部分。为了免由于应变片发热面使应变片周图产生气泡,从影响应变信号,应适当调节应变系统中的桥路电压,使其不影响应变信号的测量在试验过程中,只要应变片周围的度保持恒定,而且电压又不是高到足以引起液氮过于沸,应变片的自热就不会成为问题当测量4K度的应变量时,可将应变片直接粘结于试样表面。在低温下使用应变时,应注意变、基材材料及粘结剂的选择和结合性。然而,也应该考虑到在应变但是在还到达0.2%塑性延伸强度时应变片粘结松的情况

  标定引伸计需要在室温及4K度下进行标定,对于在4K温度下的标定可以使用长度测量装置,如配有垂直伸缩管的千分尺,将其低温端与引伸计安装好后浸导泡于液氮中,如果标定结果是已知的而且被证明是精确的、线性的和可重复的,那么在进行在4K度下的直接标定,在设备可能坏或设备进行修理之后,直接标定更为需要每次试验之前的室湿检查可以认为是对在4K温度标定的间接验证。应定期地对引伸计重要。

  试样安装于低温恒温器中。注意应使仪器的信号线充分地松弛,这样在定位真空瓶或在试验时就不会使信号线发生拉伸或折皱的现象。

  1)在对中过程中,应始终保持拉伸力低于材料弹性极限的1/3随后维持在一个适当的力,确保在冷却过程中试样仍然保持对中。

  2)在降温过程中,为了维持对中而又避免试样发生不受控制的应变,应采用自由加载条件。

  试样、引伸计和加力系统等不同部位形成的冰块可以堵塞液氦输液管或引起试验力异常。为避免结冰,在冷却之前应去除设备中的所有可能产生冷凝物的液体,可以使用空气喷射器或热吹风机彻底干燥仪器。如果引伸计配有保护外壳,安装好引伸计以便液能自由地在引伸计的活动范围流动,从而避免气泡的附着和与其相关的噪声。

  安装真空瓶并向低温恒温器中注入液氮对设备进行预降温。在沸腾平息(达到热平衡)之后排空低温恒温器中的所有液氮,然后向低温恒温器中输入液直到试样和夹具完全浸入液氮中。当系统在4K的温度下达到热平衡之后就可以开始试验了。在试验过程中,试样应一直浸泡在液氮中。气态氮比液态氮的热传导性能要低,因此,试样应完全浸泡在液氮中,从而使温升对力学性能测量的影响最小。

  (1)速率控制液氮温度下拉性能的测量会受到试验速率的影响,因此试验中还应测量和控制位移速率。于不连续屈服现象的影响,实际的试验速率是不可能精确控制及保持的,因此需要规定一个公称应变速率。公称应变速率是根据平行长度的位移速率计算出来的。

  速率限制可使用任意的位移速率使应力达到屈服强度的一半。之后,应控制位移速率使公称应变速率不超过10-s。更高的应变速率可能造成过高的试样发热,这会影响材料力学性能的测量准确性。

  速率范围一般4K温度下的拉伸试验推荐的应变速率范围是10-10-,变变但是一些材料在这个范围内显示出一定的对应变速率改变的敏感性,一些奥体高强钢在10--10-s应变速率范围内的拉伸性能显示出轻微的改变,而其他一些强度与热导率较高的材料(如钛合金)也可能显示出类似的倾向因此,在一些试验中可以考虑使用非常低的应变速率,10仅作为本试验所许的最大应变速率。

  对应变速率的适当改变也是允许的。例如,如果测量不连续属服起始点的应变,就需要适当降低应变速率。如果在应力一应变曲线上的第一个锯齿的起始点与0.2%的性变形相距很近,为了避与测量屈服强度发生冲突就需要通过减小试验速率来推迟第一个锯齿的发生(见图2-39),可在试验初始用较低的应变速率来测量聚强度,面后适当增加应变速率来完成试验。

  试样的原始横截面积是通过对试样尺寸的适当测量而计算出来的,使用的长度测量仪器误差不应超过0.5%或0.010mm,取其较大者。

  在试样平行长度内的适当位置,可以使用墨水或画线器进行标记。在进行标记之后,需要对原始标距进行测量,测量精确到0.1mm。

  对于延展性低的金属,在其平行长度上采用打点或画线的方法进行标记,可能由于应力集中而导致试验失败。为了避免这种情况,可以使用墨水在试样的平行长度内喷涂表面涂层,然后取适当的间距在试样表面刮掉涂层,从而达到标记原始标距的目的。也可以使用试样的台阶或试样的全长作为原始标距来计算延伸率,在这种情况下有可能由于测量截面发生改变而产生误差,因此测量结果也是有局限性的。

  断后伸长率A、规定塑性延伸强度R、抗拉强度R、断面收缩率Z的测定方法均与室温拉伸试验时相同,只是试验需要在液氮温度(4K)下进行。

  用应力-应变曲线中第一个可测量的锯齿开始时的最大试验力除以试样的原始横截面积得到不连续屈服强度。

  好了以上就是给大家分享的关于金属材料液拉伸试验的相关知识点。关于这块内容大家如果有还有不太明白的,欢迎私信我。免费为您答疑解惑。如果还有对金属材料液氦拉伸试验方法、金属材料液氦拉伸试验国外标准,以及试验标准对比,金属材料超塑性拉伸试验方法,以及金属材料室温拉伸试验报告等相关信息感兴趣的朋友,也可以咨询我们。科准测控专注于材料力学试验机多年,致力于材料力学知识点的普及。



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