Испытание на растяжение - Tensile testing

Испытание на растяжение кокосового композита. Размер образца не соответствует стандарту (Instron).

Испытание на растяжение, также известный как испытание на растяжение,[1] фундаментальный материаловедение и инженерное дело испытание, в котором образец подвергается контролируемой напряжение до отказа. Свойства, которые непосредственно измеряются с помощью испытания на растяжение: предел прочности на растяжение, прочность на разрыв, максимум удлинение и уменьшение площади.[2] По этим измерениям также могут быть определены следующие свойства: Модуль для младших, Коэффициент Пуассона, предел текучести, и деформационное упрочнение характеристики.[3] Испытание на одноосное растяжение наиболее часто используется для получения механических характеристик изотропный материалы. Некоторые материалы используют испытание на двухосное растяжение. Основное различие между этими испытательными машинами заключается в том, как нагрузка прилагается к материалам.

Цели

Испытания на растяжение могут иметь множество целей, например:

Образец на растяжение

Образцы на растяжение из алюминиевого сплава. Два левых экземпляра имеют круглое поперечное сечение и заплечики с резьбой. Два правых - плоские образцы, предназначенные для использования с зубчатыми захватами.
Образец из алюминиевого сплава после испытания. Он сломался, и можно осмотреть поверхность, на которой он сломался.

Подготовка образцов для испытаний зависит от целей испытаний и регулирующих Метод испытания или же Технические характеристики. Образцы на растяжение обычно представляют собой стандартизованное поперечное сечение образца. Он имеет два плеча и промежуточный калибр (секцию). Плечи большие, поэтому за них можно легко ухватиться, в то время как измерительная секция имеет меньшее поперечное сечение, так что в этой области могут возникнуть деформации и разрушение.[2][4]

Плечи испытуемого образца могут быть изготовлены различными способами, чтобы соответствовать различным захватам в испытательной машине (см. Изображение ниже). У каждой системы есть свои преимущества и недостатки; например, плечи, предназначенные для зубчатых захватов, просты и дешевы в производстве, но выравнивание образца зависит от навыков техника. С другой стороны, фиксированная ручка обеспечивает хорошее выравнивание. Резьбовые выступы и захваты также обеспечивают хорошее совмещение, но техник должен знать, как врезать каждое плечо в захват по крайней мере на длину одного диаметра, в противном случае резьба может оборваться до того, как образец сломается.[5]

В целом отливки и поковки обычно добавляют дополнительный материал, который предназначен для удаления из отливки, чтобы из нее можно было изготовить образцы для испытаний. Эти образцы могут не быть точным представлением всей заготовки, потому что зернистая структура может быть различной. В случае небольших заготовок или когда необходимо испытать критические части отливки, заготовка может быть принесена в жертву для изготовления образцов для испытаний.[6] Для деталей, которые обработанный из Пруток, образец для испытаний может быть изготовлен из той же детали, что и пруток.

Различные стили плеча для образцов на растяжение. Клавиши от A до C предназначены для круглых образцов, а клавиши D и E - для плоских образцов. Ключ:

A. Резьбовой буртик для использования с резьбой
Б. Круглое плечо для использования с зубчатыми захватами.
C. Плечо на торце для использования с разрезным воротником.
D. Плоское плечо для использования с зубчатыми захватами.

E. Плоское плечо со сквозным отверстием для фиксированного хвата.
Номенклатура образцов для испытаний

Воспроизводимость испытательной машины может быть обнаружена путем использования специальных испытательных образцов, которые тщательно изготовлены, чтобы быть как можно более похожими.[6]

Стандартный образец изготавливается в круглом или квадратном сечении по измерительной длине, в зависимости от используемого стандарта. Оба конца образцов должны иметь достаточную длину и такое состояние поверхности, чтобы они прочно удерживались во время испытания. Начальная измерительная длина Lo стандартизирована (в нескольких странах) и варьируется в зависимости от диаметра (Do) или площади поперечного сечения (Ao) образца, как указано

Тип образцаСША (ASTM)БританияГермания
Лист (Lo / √Ao)4.55.6511.3
Род (Lo / Do)4.05.0010.0

В следующих таблицах приведены примеры размеров испытуемых образцов и допусков по стандарту. ASTM E8.

Плоский образец для испытаний[7]
Все значения в дюймахТип пластины (ширина 1,5 дюйма)Тип листа (ширина 0,5 дюйма)Образец малого размера (0,25 дюйма в ширину)
Расчетная длина8.00±0.012.00±0.0051.000±0.003
Ширина1.5 +0.125–0.250.500±0.0100.250±0.005
Толщина0,188 ≤ Т0,005 ≤ Т ≤ 0,750,005 ≤ Т ≤ 0,25
Радиус скругления (мин.)10.250.25
Общая длина (мин.)1884
Длина уменьшенной секции (мин.)92.251.25
Длина секции захвата (мин.)321.25
Ширина захвата (прибл.)20.75​3⁄8
Круглый образец для испытаний[7]
Все значения в дюймахСтандартный образец номинального диаметра:Образец малого диаметра при номинальном диаметре:
0.5000.3500.250.1600.113
Расчетная длина2.00±0.0051.400±0.0051.000±0.0050.640±0.0050.450±0.005
Допуск диаметра±0.010±0.007±0.005±0.003±0.002
Радиус скругления (мин.)​3⁄80.25​5⁄16​5⁄32​3⁄32
Длина уменьшенной секции (мин.)2.51.751.250.75​5⁄8

Оборудование

Универсальная испытательная машина (Hegewald & Peschke)

Испытания на растяжение чаще всего проводятся в лаборатории по испытанию материалов. ASTM D638 - один из наиболее распространенных протоколов испытаний на растяжение. ASTM D638 измеряет свойства пластика на растяжение, включая предел прочности на разрыв, предел текучести, удлинение и коэффициент Пуассона.

Наиболее распространенной испытательной машиной, используемой при испытании на растяжение, является универсальная испытательная машина. Этот тип машины имеет два крейцкопфы; один регулируется по длине образца, а другой приводится в действие для приложения напряжения к образцу для испытаний. Есть два типа: гидравлический питание и электромагнитно приводные машины.[4]

Машина должна иметь соответствующие характеристики для испытуемого образца. Есть четыре основных параметра: сила, скорость, точность и аккуратность. Допустимая сила относится к тому факту, что машина должна быть способна создавать достаточное усилие для разрушения образца. Машина должна иметь возможность прикладывать силу быстро или достаточно медленно, чтобы должным образом имитировать реальное приложение. Наконец, машина должна быть способна точно и точно измерять измерительную длину и прилагаемые силы; например, большая машина, предназначенная для измерения большого удлинения, может не работать с хрупким материалом, который испытывает короткие удлинения перед разрушением.[5]

Выравнивание испытываемого образца в испытательной машине имеет решающее значение, потому что, если образец смещен под углом или смещен в одну сторону, машина будет оказывать изгиб сила на образце. Это особенно плохо для хрупкий материалы, потому что это резко исказит результаты. Эту ситуацию можно минимизировать, используя сферические седла или U-образные соединения между захватами и испытательной машиной.[5] Если начальный участок кривой напряжение-деформация является искривленным, а не линейным, это означает, что образец смещен в испытательной машине.[8]

Измерения деформации чаще всего измеряются с помощью экстензометр, но тензодатчики также часто используются на небольших образцах для испытаний или когда Коэффициент Пуассона измеряется.[5] Новые испытательные машины имеют цифровые системы измерения времени, силы и удлинения, состоящие из электронных датчиков, подключенных к устройству сбора данных (часто к компьютеру), и программного обеспечения для обработки и вывода данных. Тем не менее, аналоговые машины по-прежнему соответствуют требованиям ASTM, NIST и ASM к точности испытаний металлов на растяжение и превосходят их, и продолжают использоваться сегодня.[нужна цитата ]

Процесс

Образцы алюминия для испытаний на растяжение после разрушения
«Чашечная» сторона характерной картины разрушения «чашка – конус»
Некоторые части имеют форму "чашки", а некоторые - форму "конуса".

В процессе испытания образец для испытаний помещают в испытательную машину и медленно растягивают до его разрушения. Во время этого процесса удлинение измерительного сечения регистрируется против приложенной силы. Данные обрабатываются так, чтобы они не зависели от геометрии тестового образца. Измерение удлинения используется для расчета инженерное дело напряжение, ε, используя следующее уравнение:[4]

где ΔL изменение калибровочной длины, L0 - начальная калибровочная длина, а L окончательная длина. Измерение силы используется для расчета инженерное напряжение, σ, используя следующее уравнение:[4]

где F - растягивающая сила, A - номинальное поперечное сечение образца. Машина выполняет эти расчеты по мере увеличения силы, так что точки данных могут быть отображены в виде графика. кривая напряжение – деформация.[4]

Стандарты

Металлы

  • ASTM E8 / E8M-13: «Стандартные методы испытаний металлических материалов на растяжение» (2013 г.)
  • ISO 6892-1: «Металлические материалы. Испытания на растяжение. Метод испытаний при температуре окружающей среды» (2009 г.)
  • ISO 6892-2: «Металлические материалы. Испытание на растяжение. Метод испытания при повышенной температуре» (2011 г.)
  • JIS Z2241 Метод испытания металлических материалов на растяжение
  • MPIF Стандарт испытаний 10: «Метод определения свойств при растяжении материалов из порошковой металлургии (ПМ)» Стандартные методы испытаний металлических материалов на растяжение »(2015 г.)

Композиты

  • ASTM D 3039 / D 3039M: «Стандартный метод испытаний свойств при растяжении композитных материалов с полимерной матрицей»

Гибкие материалы

  • ASTM D638 Стандартный метод испытаний свойств пластмасс на растяжение
  • ASTM D828 Стандартный метод испытания свойств при растяжении бумаги и картона с использованием аппарата постоянной скорости удлинения
  • ASTM D882 Стандартный метод испытаний свойств при растяжении тонкой пластмассовой пленки
  • ISO 37 каучук вулканизированный или термопластичный - определение свойств растяжения и деформации

Рекомендации

  1. ^ Czichos, Хорст (2006). Справочник Springer по методам измерения материалов. Берлин: Springer. С. 303–304. ISBN  978-3-540-20785-6.
  2. ^ а б Дэвис, Джозеф Р. (2004). Испытание на растяжение (2-е изд.). ASM International. ISBN  978-0-87170-806-9.
  3. ^ Дэвис 2004, п. 33.
  4. ^ а б c d е Дэвис 2004, п. 2.
  5. ^ а б c d Дэвис 2004, п. 9.
  6. ^ а б Дэвис 2004, п. 8.
  7. ^ а б Дэвис 2004, п. 52.
  8. ^ Дэвис 2004, п. 11.

внешняя ссылка