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低溫條件下金屬材料的性能會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的變化，溫度越低，金屬材料的強(qiáng)度會(huì)變高，但塑性會(huì)變差，產(chǎn)生由韌變脆的現(xiàn)象，所以研究材料的低溫性能對(duì)于在低溫環(huán)境中工作的材料的選擇、失效分析安全評(píng)估都有至關(guān)重要的意義。低溫拉伸測(cè)試指樣品在-196℃ lt;10℃范圍內(nèi)金屬拉伸，測(cè)定材料的大破壞力、抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率和收縮率等指標(biāo)。因?yàn)槠湫枰蜏氐臏y(cè)試環(huán)境，所以需要另外的低溫裝置。今天來給大家講解一下相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。

參考標(biāo)準(zhǔn)

金屬材料低溫拉伸試驗(yàn)按照GB/T13239-2006《金屬材料低溫拉伸試驗(yàn)方法》進(jìn)行。

測(cè)試試樣

低溫拉伸試樣尺寸如圖2-31、2-32、2-33、2-34所示，其他要求與室溫拉伸式樣相同。

試驗(yàn)設(shè)備

1.萬能材料試驗(yàn)機(jī)

試驗(yàn)機(jī)應(yīng)符合GB/于16825.1的要求，準(zhǔn)確度級(jí)別應(yīng)為1級(jí)或優(yōu)于1級(jí)，除非產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)另作規(guī)定。

高低溫拉力機(jī)示意圖

 

2.引伸計(jì)

引伸計(jì)的準(zhǔn)確度級(jí)別應(yīng)符合GB/T12160的要求。測(cè)定上屈服強(qiáng)度、下屈服強(qiáng)度、規(guī)定塑性延伸強(qiáng)度的試驗(yàn)，應(yīng)使用不低于1級(jí)準(zhǔn)確度的引伸計(jì)。測(cè)定其他具有較大延伸率的性能，例如抗拉強(qiáng)度及斷后伸長(zhǎng)率，應(yīng)使用不低于2級(jí)準(zhǔn)確度的引伸計(jì)。

引伸計(jì)標(biāo)距應(yīng)不小于10mm,固定在試樣平行長(zhǎng)度的中間位置并沿著中心軸的方向。應(yīng)優(yōu)先采用能同時(shí)測(cè)定試樣兩側(cè)面延伸的雙面引伸計(jì)，測(cè)定屈服強(qiáng)度和規(guī)定強(qiáng)度性能時(shí)推薦 Le>L0/2 測(cè)定最大力或最大力之后的性能時(shí)推薦Le=L0，或近似等于L0。

為了使室溫的波動(dòng)對(duì)引伸計(jì)讀數(shù)的影響降到最低，應(yīng)防止引伸計(jì)超出冷卻裝置的任何部分受到空氣氣流的影響，盡可能保持室溫溫度的穩(wěn)定性和試驗(yàn)機(jī)周圍空氣氣流的平穩(wěn)。

3.冷卻裝置

(1)一般要求

冷卻裝置應(yīng)能將試樣冷卻到規(guī)定溫度，并具有保溫能力，應(yīng)保證試驗(yàn)溫度的穩(wěn)定性和均勻性。

冷卻方法一般有如下幾種：

1）借助冷卻裝置（低溫恒溫器）

2）借助壓縮氣體膨脹（如 CO_2 或N2）冷卻。

3）借助達(dá)到沸點(diǎn)時(shí)刻的液體（如液 N_2^2 或冷凍液（如酒精）的浸泡冷卻。根據(jù)試驗(yàn)溫度可選用表2-23中的冷卻介質(zhì)。當(dāng)操作冷卻介質(zhì)的時(shí)候，測(cè)試人員應(yīng)事先采取符合相關(guān)規(guī)定的安全防范措施。避免造成人員傷害，以及對(duì)測(cè)試儀器、試樣的損壞。

(2) 溫度測(cè)量裝置

冷卻介質(zhì)或試樣的溫度用熱電偶或其他適當(dāng)?shù)难b置測(cè)量，選用適當(dāng)類型和等級(jí)的熱電偶對(duì)溫度測(cè)量的準(zhǔn)確性起重要作用。

溫度測(cè)量裝置的分辨力應(yīng)該達(dá)到1℃或更好，其誤差為在-40-10°C 范圍應(yīng)不超過±2C℃，在 -196-40℃范圍應(yīng)不超過±3℃。

(3) 允許的溫度偏差

規(guī)定溫度和指示溫度之間允許的溫度偏差不超過±3℃。試樣標(biāo)距兩端溫度差的絕對(duì)值應(yīng)不超過3℃。

溫度偏差的判定依據(jù)是：在試驗(yàn)過程中，力至少達(dá)到測(cè)定規(guī)定塑性伸長(zhǎng)相應(yīng)的試驗(yàn)力時(shí)所測(cè)定的溫度變化。

(4) 溫度測(cè)量系統(tǒng)的檢驗(yàn)

溫度測(cè)量系統(tǒng)包括：傳感器和指示裝置。在工作溫度范圍的檢驗(yàn)周期不宜超過90d。如果檢驗(yàn)記錄顯示系統(tǒng)性能的穩(wěn)定性對(duì)測(cè)量的準(zhǔn)確性影響很小，那么可以延長(zhǎng)檢驗(yàn)周期但不能超過一年，在檢驗(yàn)報(bào)告中要記錄溫度測(cè)量系統(tǒng)的誤差。

用于檢驗(yàn)溫度測(cè)量系統(tǒng)的儀器應(yīng)能潮源到國(guó)家基準(zhǔn)。

試驗(yàn)內(nèi)容及結(jié)果表示

1.試樣的冷卻

試樣冷卻到規(guī)定溫度，冷卻時(shí)間的長(zhǎng)短取決于試樣的形狀、尺寸、表面狀況、材料本身的特性、夾具的質(zhì)量及冷卻介質(zhì)的形式等。因此，通過預(yù)冷卻試驗(yàn)決定冷卻的時(shí)間。

冷卻介質(zhì)為液體時(shí)，對(duì)厚度或直徑不大于5mm的試樣，保溫時(shí)間不少于5min;對(duì)厚度或直徑大于5mm的試樣，保溫時(shí)間不少于10min。

冷卻介質(zhì)為氣體時(shí)，對(duì)厚度或直徑不大于5mm的試樣，保溫時(shí)間不少于10min;對(duì)厚度或直徑大于5mm的試樣，保溫時(shí)間不少于15min。

在冷卻過程中，除非有特殊的約定，溫度不能超過規(guī)定溫度的允許偏差范圍。當(dāng)試樣達(dá)到規(guī)定溫度時(shí)引伸計(jì)調(diào)零。

只有當(dāng)引伸裝置達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，加力才能開始。

2.溫度的測(cè)量

在試樣平行長(zhǎng)度部分的表面測(cè)量其溫度時(shí)，熱電偶測(cè)量端應(yīng)與試樣的表面有良好的接觸。當(dāng)標(biāo)距小于50mm,熱電偶分別固定在平行長(zhǎng)度部分的兩端；當(dāng)標(biāo)距大于或等50mm,應(yīng)在平行長(zhǎng)度的兩端及中間各固定一支熱電偶。

如果試樣浸泡在均勻的液體介質(zhì)中，可以直接在液體中測(cè)定溫度。

試驗(yàn)在液氮中進(jìn)行則不需要測(cè)量溫度,但要在試驗(yàn)報(bào)告中記錄。

3.試驗(yàn)力

試驗(yàn)力的施加使試樣應(yīng)變?cè)黾?應(yīng)采用連續(xù)(非階梯式)的加載方式,沒有沖擊和顫動(dòng)。應(yīng)盡量使試樣受軸向拉力的作用,將試樣標(biāo)距內(nèi)可能受到的撓度和扭矩的影響降到最小。

4. 試驗(yàn)速率

除非產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)另有規(guī)定,試樣平行長(zhǎng)度內(nèi)的應(yīng)變速率即為試驗(yàn)速率

(1) 測(cè)定上屈服強(qiáng)度時(shí)的試驗(yàn)速率

彈性范圍內(nèi)直至上服強(qiáng)度,應(yīng)變速率應(yīng)在0.00003-0.0003/s之間,并盡可能保持恒定,如果萬能材料試驗(yàn)機(jī)不能測(cè)定或控制應(yīng)變速率,可以通過控制試驗(yàn)機(jī)夾頭的分離速率間接控制應(yīng)力速率在6-60Pa/的范圍。

(2) 測(cè)定下屈服強(qiáng)度時(shí)的試驗(yàn)速率

若僅測(cè)定下屈服強(qiáng)度,彈性范圍內(nèi)試驗(yàn)速率應(yīng)符合測(cè)定上屈服強(qiáng)度時(shí)的試驗(yàn)速率的要求,在試樣平行長(zhǎng)度內(nèi)的服階段應(yīng)變速率應(yīng)在0.000030.0025/之間,并盡可能保持恒定。如果不能直接調(diào)節(jié)這一應(yīng)變速率,應(yīng)通過調(diào)節(jié)屈服即將開始前的應(yīng)力速率來調(diào)整,在屈服完成之前不再調(diào)節(jié)試驗(yàn)機(jī)的控制。

(3) 同時(shí)測(cè)定上屈服強(qiáng)度和下屈服強(qiáng)度時(shí)的試驗(yàn)速率

同時(shí)測(cè)定上屈服強(qiáng)度和下屈服強(qiáng)度時(shí)的試驗(yàn)速率,應(yīng)滿足測(cè)定下屈服強(qiáng)度時(shí)的試驗(yàn)速率的要求。

(4)測(cè)定規(guī)定塑性延伸強(qiáng)度時(shí)的試驗(yàn)速率包括以下內(nèi)容:

1)在彈性范圍內(nèi)的試驗(yàn)速率應(yīng)符合測(cè)定上屈服強(qiáng)度時(shí)的試驗(yàn)速率的要求，

2)在塑性范圍內(nèi)直至達(dá)到規(guī)定塑性延伸強(qiáng)度為止,應(yīng)變速率應(yīng)在0.00003-

0.0025/s之間。

(5)測(cè)定抗拉強(qiáng)度時(shí)的試驗(yàn)速率在塑性范圍內(nèi)應(yīng)變速率應(yīng)不超過0.008/s。如果試驗(yàn)不包括服強(qiáng)度或規(guī)定塑性延伸強(qiáng)度的測(cè)定,試驗(yàn)速率可以達(dá)到塑性范圍內(nèi)允許的應(yīng)變速率的最大值。

5,原始橫截面積的測(cè)定

通過準(zhǔn)確測(cè)量尺寸計(jì)算原始橫截面積,并至少保留4位有效數(shù)字,測(cè)量尺寸的偏差不超過0.5%或±0.01mm,取其中大的值測(cè)量時(shí)建議按照表2-24選用量具或測(cè)量裝置。

6.原始標(biāo)距的標(biāo)記

應(yīng)盡量采用小標(biāo)記、細(xì)畫線或細(xì)墨線標(biāo)記原始標(biāo)距,但不得用可能引起過早試樣斷裂的缺口作標(biāo)記。

無缺口敏感性的材料允許用小刻痕作標(biāo)記。

對(duì)于比例式樣,應(yīng)將原始標(biāo)距的計(jì)算值修約至最接近5mm的倍數(shù),中間值向最大一方修約。原始標(biāo)距的標(biāo)記應(yīng)準(zhǔn)確到±1%。

如果平行長(zhǎng)度比原始標(biāo)距長(zhǎng)許多,例如不經(jīng)機(jī)加工的試樣,可以標(biāo)記一系列套疊的原始標(biāo)記。

有時(shí),可以在試樣表面畫一條平行于試樣縱軸的線,并在線上標(biāo)記原始標(biāo)距。

7.低溫拉伸性能的測(cè)定

斷后伸長(zhǎng)率A、規(guī)定塑性延伸強(qiáng)度R,、抗拉強(qiáng)度R、上屈服強(qiáng)度R、下屈服強(qiáng)度

R、斷面收縮率Z的測(cè)定方法均與室溫拉伸試驗(yàn)時(shí)相同。

8.試驗(yàn)結(jié)果數(shù)值的修約

試驗(yàn)測(cè)定的性能結(jié)果數(shù)值應(yīng)按照相關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的要求進(jìn)行修約。如果未規(guī)定具體要求,應(yīng)按照表2-25的要求進(jìn)行修約。修約的方法按照GB/T8170。