Результат растяжения, полученный при комнатной температуре, не обязательно описывает, как тот же материал будет работать при −40°C или +100°C.
Для инженеров, квалифицирующих материалы, используемые в автомобильной, электронной или промышленной промышленности, температурно-зависимое механическое поведение может влиять на выбор материалов, надёжность продукции и конфигурацию испытательного оборудования
.Система испытаний на растяжение при высоких и низких температурах сочетает универсальную испытательную машину (UTM) с камерой контролируемой температуры, подходящими захватами и соответствующей системой измерений. Однако выбор такой системы требует большего, чем просто проверка её максимальной силы и температуры.
В этом руководстве рассматриваются методы испытаний, соответствующие стандарты ASTM и ISO, распространённые задачи измерения и практические аспекты, связанные с выбором термоконтролируемой машины для испытаний на растяжение.
Зачем проверять растяжение при разных температурах?
Температура может влиять на деформацию и разрушение материала под нагрузкой.
Некоторые полимеры становятся менее пластичными при низких температурах. Другие материалы могут изменяться в жесткости, прочности на растяжение или удлинении при повышении температуры. Фактическая реакция зависит от состава материала, подготовки образца, условий воздействия и выбранного метода испытания
.Рассмотрим пластиковый компонент, предназначенный для использования в автомобильной сборке. Удовлетворительный результат растяжения при комнатной температуре может не дать достаточной информации о его поведении в холодной погоде. Аналогично, материал, используемый рядом с электронным компонентом, генерирующим тепло, может потребовать механической оценки при повышенной температуре.
Испытания на растяжение с контролируемой температурой позволяют инженерам исследовать эти различия в определённых условиях.
В зависимости от материала и стандарта требуемые результаты могут включать прочность на растяжение, поведение текучести, удлинение при разрыве, модуль упругости и реакцию напряжение-деформация.
Однако важен метод измерения. Кривая перемещения силы–перемещения, записанная машиной, не эквивалентна автоматически кривой напряжения и деформации образца. Если требуется прямое измерение деформаций, необходимо рассмотреть подходящий экстензометр или другой метод, разрешённый применимым стандартом.
Тестовая температура не совпадает с температурой образца
Одна деталь заслуживает внимания до начала любого теста: достижение заданной температуры камеры не обязательно означает, что образец достиг нужной температуры.
Образец, захваты и окружающий воздух могут реагировать по-разному при нагреве или охлаждении. Поэтому проверка времени и температуры должна следовать соответствующему методу тестирования или процедуре заказчика.
Это особенно важно при сравнении результатов, полученных при нескольких температурах.
Какие материалы требуют испытаний на растяжение при высоких или низких температурах?
Необходимость испытаний на растяжение с контролируемой температурой обычно обусловлена предполагаемой рабочей средой материала или требованиями к квалификации — а не просто наличием экологической камеры.
Инженерные пластмассы
Для инженерных пластмасс испытания на растяжение при разных температурах помогают инженерам исследовать изменения прочности, жесткости и удлинения.
Типичные применения включают автомобильные пластиковые компоненты, электронные корпуса, конструкционные пластиковые детали и другие материалы, подвергающиеся изменяющимся тепловым условиям.
Геометрия образца, процедура кондиционирования, скорость тестирования и метод измерения деформации должны быть выбраны в соответствии с соответствующим стандартом тестирования пластмасс
.Резина и эластомеры
Свойства резины и эластомера особенно чувствительны к температурным и деформационным условиям.
При испытаниях этих материалов заслуживают тщательного рассмотрения расположения захвата и размера удлинения. Сдвиг образца или неподходящий метод измерения могут повлиять на опубликованные результаты.
ASTM D412 и ISO 37 являются релевантными отправными точками, при этом соответствующие требования к температурной кондиционации определяются выбранной процедурой.
Композитные материалы
Композитные материалы вводят дополнительные аспекты, связанные с выравниванием образца, давлением захвата, измерением деформации и режимом разрушения.
Для полимерных матричных композитов ASTM D3039/D3039M является одним из релевантных методов испытаний на растяжение. Его требования должны быть пересмотрены вместе с предполагаемыми температурными условиями и возможностями полной испытательной системы.
Квалификация по автомобильным и электронным материалам
Испытания на растяжение с контролируемой температурой также могут помочь в оценке материалов для автомобильных сборок, электронных компонентов и промышленных товаров.
Однако важно различать тестирование материального образца и тестирование полностью собранного продукта.
Растягивающая машина с экологической камерой не является автоматической заменой полноценной экологической испытательной камеры. Сложные сборки могут потребовать индивидуальных креплений, другой подготовки образцов или альтернативного метода испытаний.
Какие стандарты ASTM и ISO применяются?
Не существует единого стандарта испытаний на растяжение, охватывающего все условия материала и температуры.
Правильный метод зависит от материала образца, требуемых результатов и цели оценки.
Следующие стандарты являются полезными ориентирами при планировании проекта по растяжению на высокие или низкие температуры.
| Стандарт | Применение | Ключевой аспект |
|---|---|---|
| ASTM D638 | Растяжительные свойства пластмасс | Тип образца, скорость испытаний, метод кондиционирования и измерения |
| Серия ISO 527 | Растяжительные свойства пластмасс | Выберите подходящую часть материала |
| ASTM D412 | Растягивающие свойства резиновых и термопластичных эластомеров | Подготовка образцов, захват и измерение разгибания |
| ISO 37 | Свойства резины на растяжение и деформации | Требования к кондиционированию и испытательной температуре |
| ASTM D3039/D3039M | Растяжение композитов полимерной матрицы | Выравнивание, захват и измерение деформации |
| ASTM E21 | Испытания металлическихматериалов с повышенной температурой натяжения | Измерение температуры и конфигурация тестовой системы |
| ISO 6892-2 | Испытания металлическихматериалов на растяжение при повышенной температуре | Требования к контролю температуры, измерениям и процедурам |
Эти стандарты не взаимозаменяемы, и их включение не означает, что конкретная тестовая машина автоматически соответствует всем им.
Например, тест на пластик ASTM D638 и тест на растяжение металла при повышенной температуре ASTM E21 могут потребовать существенно разных схем расположения образцов, рукояток и конфигураций измерений
.Аналогично, стандарт для металлических испытаний при повышенной температуре не должен считаться покрывающим испытание при низких температурах без изучения соответствующей процедуры.
Перед покупкой оборудования уточните точный стандартный номер, выпуск и любые дополнительные требования, специфичные для клиента.
Эти детали должны с самого начала определять конфигурацию машины.
Как проводится тест на растяжение при высоких и низких температурах?
Основной принцип растяжения остаётся таким же, как и в обычной универсальной испытательной машине. Разница в том, что тепловая среда становится дополнительным контролируемым испытательным условием.
Типичная процедура проходит через несколько связанных этапов.
Подготовка образцов и подготовка к испытаниям
Инженер сначала определяет материал, размеры образца, применимый стандарт и необходимые результаты измерений.
Образец затем устанавливается с помощью рукояток, соответствующих его геометрии, ожидаемой силе растяжения и температуре испытания.
Правильное выравнивание крайне важно. Если образец не расположен вдоль предполагаемой оси нагрузки, непреднамеренное изгиб может повлиять на результат теста.
Температурное кондиционирование
Камера приводится до заданной тестовой температуры, а образец кондиционируется согласно соответствующей процедуре.
Требуемое время подготовки не должно заменяться произвольным периодом ожидания только потому, что дисплей в камере достиг своей заданной точки.
При необходимости температура образца должна контролироваться или проверяться с использованием соответствующей схемы.
Растянутая нагрузка и сбор данных
После установления заданных испытательных условий машина применяет растягивающую нагрузку на заданной скорости или скорости деформации.
Система измерения фиксирует необходимые данные, которые могут включать силу, смещение и деформацию образца.
Во время испытаний оператор должен следить за проскальзыванием захвата, аномальными деформациями или преждевременным отказом в зоне захвата
.Оценка результатов
После тестирования результаты оцениваются по выбранному методу.
Полезный отчёт должен указывать материал, геометрию образца, температуру испытания, процедуру кондиционирования, скорость испытания, расположение измерения и наблюдаемый режим отказа
.При сравнении нескольких температур крайне важна согласованность в подготовке образца и процедуре тестирования.
Где может допустить
ошибки при испытании растяжения с контролируемой температурой?
Испытательный аппарат может обладать достаточной мощностью силы и соответствующим температурным диапазоном камеры, но при условии неподходящей схемы или системы измерения всё равно дают сомнительные
результаты.Особого внимания заслуживают несколько практических вопросов.
Скольжение рукоятки и совместимость с креплениями
Захваты должны надёжно удерживать образец на протяжении всего теста, не вызывая преждевременных повреждений.
Изменения температуры также могут влиять на размеры светильника и поведение при захвате. Прибор, подходящий для работы при комнатной температуре, не должен автоматически считаться подходящим для полного термического диапазона.
Материал крепления, механизм зажима, геометрия образца и рабочий зазор следует проверять одновременно
.Выравнивание образцов
Плохое выравнивание приводит к непреднамеренной нагрузке.
Для системы с контролируемой температурой верхняя и нижняя рукоятки должны оставаться правильно расположенными, обеспечивая достаточный зазор внутри камеры.
Расположение светильников следует проверить перед тестированием, а не рассматривать выравнивание как программную коррекцию.
Измерение деформации
Смещение поперечного головы включает движение и деформацию внутри нагрузочной системы. В зависимости от метода теста он может не дать приемлемого измерения фактического деформации образца.
Если требуется измерение по модулю или точному удлинению, следует выбирать расположение экстензометра соответственно
.Экстензометр также должен быть соответствовать предполагаемой испытательной среде. Условия калибровки и пригодный диапазон измерения следует рассматривать отдельно от общей спецификации точности UTM.
Допустимый ход поршня и зазор камеры
Камера должна вмещать больше, чем сам образец.
Инженеры должны учитывать установленные рукоятки, длину колеи образца, ожидаемое удлинение, расположение экстензометра и необходимый рабочий зазор
.Номинальный ход поршня машины не обязательно совпадает с ходом, доступным после установки полной системы крепления.
Мощность и фактический рабочий диапазон
Машина с мощностью 50 кН не является автоматически лучшим выбором для образца, который создаёт относительно малую силу на растяжение.
Ожидаемый диапазон рабочей силы следует проверять по выбранной ячейки нагрузки и её подтверждённому диапазону измерений.
Максимальная пропускная способность, разрешение силы и точность измерения — это связанные характеристики, но их не следует рассматривать как взаимозаменяемые.
Внутри реального проекта RS-8000GDW: станок, светильники и измерительная установка
Фотографии проекта RS-8000GDW за сентябрь 2021 года показывают не только раму универсальной тестовой машины.
Вместе с оборудованием находятся отдельные захватные компоненты, соединяющие аксессуары и документация по экстензометру. Эти детали иллюстрируют то, что часто упускается из виду при подготовке спецификации для покупки оборудования: машина должна быть настроена как полноценная система тестирования.
Реальное оборудование
Фотографии проекта показывают нагрузочную раму RS-8000GDW и отдельный шкаф управления во время подготовки оборудования
.Механическая конструкция машины служит основой для растяжной нагрузки, тогда как окончательная тестовая конфигурация зависит от установленной камеры, образцов и измерительных аксессуаров.
Для заказчиков, планирующих аналогичную лабораторную установку, до окончательного утверждения конфигурации оборудования следует пересмотреть пригодное испытательное пространство и расположение оборудования
.
Конфигурация светильников и аксессуаров
Сопровождаемые фотографии проекта включают регулируемые металлические захваты, соединительные детали и другие механические аксессуары.
Их присутствие полезно, потому что выбор матчей не является второстепенной деталлю при покупке. Он влияет на установку образцов, выравнивание, доступный ход и практическую работу всей тестовой системы.
Для нового применения схема захвата должна быть пересмотрена с изображением образца, ожидаемой силой и заданной температурой испытания
.Одни только фотографии проекта не доказывают, что каждый на фото аксессуар подходит для всего доступного температурного диапазона машины.
Документация экстензометра
Архив проекта также содержит фотографии экстензометра GWB-200 и соответствующую документацию по калибровке.
Видимая запись указывает на длину колеи 20 мм, класс 0,5, калибровочный диапазон 0–1,0 мм и температуру калибровки 25°C.
Это служит полезным примером документации, связанной с измерениями, связанной с реальным проектом испытательного оборудования.
Однако это не доказывает, что измерительные характеристики экстензометра были подтверждены на всех условиях испытаний при высоких и низких температурах.
Для применений, требующих прямого измерения деформаций под термическим воздействием, экстензометр и его рабочие условия должны быть подтверждены как часть окончательной конфигурации системы.
Практический урок этого проекта прост: рама, камеру, светильники и измерительные системы следует рассматривать вместе, а не покупать как несвязанные компоненты.
Выбор подходящей машины для испытаний на растяжение при высоких и низких температурах
Полезная спецификация оборудования начинается с самого теста.
Перед выбором станка инженеры должны установить требуемый температурный диапазон, размеры образца, ожидаемую силу на растяжение, применимые стандарты и измерительные результаты.
Эти требования определяют, подходят ли предлагаемая нагрузочная ячейка, камера, светильники и доступное испытательное пространство
.ITM-LAB RS-8000GDW — Стандартная конфигурация
ITM-LAB RS-8000GDW сочетает универсальную испытательную машину с контролируемой температурой для оценки материалов вне комнатной температуры.
Стандартная конфигурация, описанная в этом руководстве, обеспечивает температурный диапазон от −40°C до +150°C.
Основные характеристики продукции приведены ниже.
| Параметр | RS-8000GDW |
|---|---|
| Стандартный температурный диапазон | −40°C до +150°C |
| Доступные ёмкости нагрузочных ячеек | 500 Н / 1 кН / 2 кН / 5 кН / 10 кН / 20 кН / 50 кН |
| Разрешение нагрузки | 1/500,000 |
| Точность снаряжения | Уровень 0.5 |
| Гребок (за исключением захватов) | 300–500 мм, индивидуально |
| Скорость тестирования | 0,001–500 мм/мин или 1–1000 мм/мин, в зависимости от конфигурации |
| Разрешение перемещения | 0,01 мм |
| Интерьер референсной камеры | 300 × 350 × 600 мм, можно настраивать |
| Отклонение температуры | ±2°C |
Технические характеристики основаны на предоставленной документации ITM-LAB и подтверждённой стандартной температурной конфигурации. Итоговые характеристики оборудования и условия эксплуатации должны быть проверены в соответствии с утверждённой спецификацией проекта.
Для применений, требующих более широкого температурного диапазона, доступна индивидуальная конфигурация от −70°C до +250°C для инженерного обзора. Это не стандартная спецификация стандартной машины.
Что следует Подтвердить перед заказом?
В смете должна быть указана выбранная ёмкость нагрузочной ячейки, необходимая конфигурация камеры, рукоятки образца и устройство измерения.
Предполагаемый стандарт тестирования также должен быть пересмотрен относительно полной системы.
Например, для теста, требующего прямого измерения деформации образца, может потребоваться другая конфигурация аксессуаров, чем рутинный тест, фиксирующий силу и смещение креста.
Аналогично, геометрия образца и ожидаемое удлинение могут влиять на допустимый ход и требуемый зазор камеры.
Ранний выбор этих данных помогает избежать покупки машины, соответствующей заголовочным спецификациям, но сложной для настройки для предполагаемого теста.
Прежде чем запрашивать смету
Если у вас уже есть стандарт для чертежа образца и теста, эти два документа — лучшая отправная точка для обсуждения оборудования
.Они помогают производителю оценить требуемый диапазон сил, температурные условия, рукоятки и конфигурацию измерения перед подготовкой сметы.
Для запроса RS-8000GDW наиболее полезная информация включает:
-
Тип материала и предполагаемое применение
-
Тестовый стандарт и обязательное издание
-
Чертёж образца или размеры
-
Минимальные и максимальные тестовые температуры
-
Ожидаемый диапазон растяжения
-
Требуемая скорость испытания или скорость деформации
-
Необходимые результаты, включая любое прямое измерение деформации
-
Требования к установке и индивидуальные приспособления
Если окончательная конфигурация ещё не определена, ITM-LAB может просмотреть доступные образцы и информацию о тестах, чтобы помочь определить подходящую начальную конфигурацию.
FAQ
- Может ли универсальная испытательная машина проводить испытания на растяжение при низких и высоких температурах?
Да. UTM может проводить температурно-контролируемые испытания на растяжение при установке соответствующей камеры окружающей среды, приспособлений и системы измерения. Пригодность зависит от полной конфигурации и необходимого метода тестирования.
- Достаточно ли −40°C до +150°C для любого температурно-зависимого теста на растяжение?
Нет. Это стандартный температурный диапазон конфигурации RS-8000GDW, обсуждаемой здесь. Фактически требуемый диапазон должен определяться применением, спецификацией материала или стандартом испытаний. Более требовательные температурные условия могут потребовать индивидуальной системы.
- Можно ли использовать одинаковые натяжные рукоятки при комнатной и повышенной температуре?
Не обязательно. Следует учитывать материалы захвата, механизмы зажима, тепловое расширение и поведение образца. Пригодность прибора должна быть подтверждена для предполагаемых условий эксплуатации.
- Соответствует ли тестовая машина уровня 0.5 автоматически стандартам ASTM или ISO?
Нет. Точность машины — лишь одна часть оценки. Соблюдение конкретного метода тестирования также зависит от подготовки образца, оборудования, контроля температуры, проверенного диапазона измерений, измерения деформации и необходимой процедуры.
Настройте вашу систему испытаний на растяжение с контролируемой температурой с помощью ITM-LAB
Проект испытаний на растяжение при высоких и низких температурах должен начинаться с материала и метода испытаний — а не просто с максимальной силы или температуры, напечатанной в каталоге станок.
Если вы планируете новую тестовую систему или модернизацию существующей лаборатории, отправьте в ITM-LAB свои данные образцов, необходимый стандарт теста и температурный диапазон.
Наша команда может изучить заявку и порекомендовать подходящую конфигурацию RS-8000GDW, включая нагрузочную ячейку, камеру, светильники и измерительные аксессуары.
Запросите техническую конфигурацию и предложение
Исследовать универсальная испытательная машина ITM-LAB для высокотемпературных и низких
температур