Équipement d'essai
1. Machine de test
(1) Généralement, le niveau de précision de la machine d'essai doit se conformer aux exigences de GB / T16825.1 et doit être la classe 1 ou mieux, sauf indication contraire dans la norme du produit.
Flexibilité de la machine d'essai La flexibilité de l'équipement de test (machine d'essai et dispositif cryogénique) (le pourcentage de déplacement de l'équipement lui-même sous la force d'essai) doit être connu. Afin de mesurer la flexibilité de la machine d'essai, un échantillon rigide ou un échantillon d'étalonnage spécial doit être connecté au système de force et une faible force d'essai et une force d'essai maximale autorisée par la machine d'essai doivent être appliquées pour mesurer la flexibilité. Une flexibilité différente peut affecter l'allongement et la résistance à la traction de l'échantillon car l'échantillon subira une plus grande déformation discontinue sur une machine d'essai avec moins de flexibilité.
La résistance du matériau de conception du système dans le liquide est généralement deux fois ou plus que celle à température ambiante. Dans des conditions à basse température, pour les échantillons avec les mêmes dimensions géométriques du luminaire, le thermostat, les composants du système de force et le luminaire seront soumis à de plus grandes forces. Étant donné que la capacité de nombreuses machines d'essai ne dépasse pas 100 kN, l'équipement doit considérer l'utilisation de petits spécimens dans la conception.
Sélection de matériaux De nombreux matériaux, dont la plupart des aciers ferritiques, deviennent cassants à 4k. Pour éviter les dommages à l'équipement, les matériaux utilisés pour fabriquer des luminaires et d'autres composants de la chaîne de chargement doivent être des alliages à haute résistance et à basse température. Les matériaux à faible conductivité thermique peuvent prévenir efficacement la conduction thermique. Acier inoxydable austénitique (022R19NI10N), en acier martensitique (tel que 12CR13 avec placage en nickel résistant à la rouille), des super-alliages à base de nickel forgés et des alliages de titane (TC4 ou TA7) ont été utilisés pour la production de luminaires, de tiges et de cadres de thermostat. Les matériaux non métalliques (tels que les composites de résine époxy) sont d'excellents isolateurs et peuvent être utilisés pour fabriquer des pièces de compression.
Alignement Le système précis L'alignement dans les tests de traction est un moyen de base pour minimiser la déformation de flexion. L'équipement et les luminaires doivent être ajustés afin que la charge puisse être appliquée avec précision à l'échantillon d'étalonnage afin que la déformation de flexion maximale ne dépasse pas 10% de la déformation axiale. Pour réduire la déformation de flexion à un niveau acceptable, le régulateur de solde sur le thermostat avec la fonction de réglage doit être ajusté, ou des cales d'espacement doivent être utilisées pour compenser les thermostats non réglables. Pour un équipement qualifié, la déformation est calculée sur la base des lectures de l'échantillon d'étalonnage à des charges inférieures et maximales.
L'équipement de test peut être vérifié pour la conformité en utilisant la méthode axisymétrique à température ambiante et 4K. Pour compléter le test axisymétrique de l'équipement, la composition de l'échantillon et le choix du thermostat doivent être les mêmes que pour le test réel à basse température, et la dispersion de l'échantillon doit être aussi faible que possible. Pendant le chargement, l'échantillon ne doit pas subir une déformation plastique dans la longueur parallèle. Dans certains cas, il est nécessaire d'utiliser des échantillons d'étalonnage relativement durs et à haute résistance.
1) Pour les échantillons cylindriques, la déformation de flexion maximale doit être calculée en utilisant trois jauges de déformation de résistance, extenseurs ou jauges à pince installées au milieu de la longueur parallèle de l'échantillon et sur la circonférence à des intervalles égaux.
2) Pour les échantillons avec des coupes transversales carrées ou rectangulaires, les souches doivent être mesurées au centre de deux faces parallèles (symétriques); Pour les échantillons de plaques minces, les souches doivent être mesurées au centre de deux faces larges.
3) Pour les accessoires filetés ou épinglés, les étapes suivantes peuvent être utilisées pour évaluer l'effet de la déviation de l'échantillon. Tout en gardant le luminaire et la tige de traction toujours, faites pivoter l'échantillon à 180 degrés, répétez la mesure axisymétrique, puis calculez la déformation de flexion maximale et la déformation axiale de l'échantillon. Si d'autres luminaires ou méthodes de connexion sont utilisés pour évaluer l'effet de la déviation des échantillons, cela doit être noté dans le rapport.
Lors de la mesure de petites souches à un seul emplacement sur l'échantillon dans un test de traction, l'axialité de la charge (qui peut être causée par l'usinage de l'échantillon) est le principal facteur provoquant des erreurs de mesure. Par conséquent, il est nécessaire de prendre trois points également espacés sur la longueur parallèle de l'échantillon (ou au moins deux points symétriques si l'équipement est bien aligné) pour mesurer la déformation séparément. Enfin, signalez la souche moyenne de trois ou deux points centrés symétriquement dans la longueur parallèle de l'échantillon.
Différents luminaires doivent être sélectionnés en fonction du type d'échantillon. Pour éviter les dommages à l'équipement, les luminaires spéciaux à basse température en matériaux résistants à basse température doivent être sélectionnés.
Cryostat et son équipement auxiliaire
Cryostat le cryostat (voir la figure 2-38) devrait pouvoir stocker l'hélium liquide. Pour les machines d'essai existantes, le cadre du cryostat est spécialement fabriqué et la bouteille à vide peut être achetée via des canaux commerciaux. Le cryostat peut être équipé d'un bouton pour ajuster la direction de charge pour le réglage du centrage.
Bouteille à vide Les bouteilles d'aspirateur en acier inoxydable (meilleure résistance à l'impact) sont plus sûres que les bouteilles à vide en verre. Généralement, pour les tests de traction à court terme, une bouteille à vide à azote liquide à couche unique est suffisante. Bien sûr, une bouteille d'aspirateurs à double couche peut également être utilisée, avec la couche externe remplie d'azote liquide et la couche intérieure remplie d'hélium liquide.
Équipement auxiliaire La bouteille à vide et le tuyau de perfusion de liquide doivent être isolés sous vide. Par conséquent, des équipements auxiliaires tels que des pompes à vide, des bouteilles d'air à haute pression et d'azote liquide sont nécessaires.
3. Indicateur de niveau liquide
Afin d'assurer les conditions de test prédéterminées, il est nécessaire de maintenir un certain niveau d'azote liquide dans l'environnement. Dans les tests conventionnels, puisque l'échantillon est complètement immergé dans de l'azote liquide, il n'est pas nécessaire d'utiliser des thermocouples pour mesurer sa température de surface. Des indicateurs ou des compteurs peuvent être utilisés pour garantir que l'échantillon est complètement immergé dans de l'azote liquide tout au long du test. Dans le cryostat, les interrupteurs d'indicateurs de résistance au carbone situés à certains points de référence seront utilisés pour garantir que le niveau du liquide est toujours maintenu au-dessus de l'échantillon. Alternativement, un capteur de fil supraconducteur de longueur appropriée peut être installé en position verticale dans le cryostat pour surveiller en continu le niveau du liquide.
4. Extenomètre
(1) Type Tout type d'extenomètre peut être utilisé aussi longtemps qu'il peut fonctionner normalement à la température de l'azote liquide. Le niveau de précision de l'extenomètre doit être conforme aux exigences de GB / T12160. Un extenomètre avec une précision d'au moins la classe 1 doit être utilisé pour mesurer la résistance à l'allongement en plastique spécifié et la limite d'élasticité discontinue; Un extenomètre avec une précision d'au moins de la classe 2 doit être utilisé pour mesurer d'autres propriétés avec une grande allongement.
Pour mesurer la résistance spécifiée, il est recommandé d'utiliser un extenomètre moyen. Il est préférable d'installer ou de traiter directement le bord du couteau spécifique à l'extenomètre sur la section de longueur parallèle de l'échantillon.
Lors de la mesure avec un extenomètre capacitif, une section linéaire avec une sensibilité réglable doit être utilisée. Afin d'éviter les bulles autour de la jauge de déformation en raison de la surface de chauffage de la jauge de déformation, qui affecte le signal de déformation, la tension de pont dans le système de déformation doit être correctement ajustée de sorte qu'elle n'affecte pas la mesure du signal de déformation. Pendant le test, tant que la température autour de la jauge de déformation reste constante et que la tension n'est pas suffisamment élevée pour faire bouillir l'azote liquide, l'auto-chauffage de la jauge de déformation ne sera pas un problème. Lors de la mesure de la déformation à 4K, la jauge de déformation peut être directement liée à la surface de l'échantillon. Lorsque vous utilisez des jauges de contrainte à basse température, l'attention doit être accordée à la sélection et à la liaison de la jauge de déformation, du substrat et de l'adhésif. Cependant, il convient également de considérer que la jauge de déformation est liée de manière lâche lorsque la souche est tendue mais pas encore à 0.
L'étalonnage de l'extenomètre doit être effectué à température ambiante et 4K. Pour l'étalonnage à 4K, un dispositif de mesure de longueur peut être utilisé, comme un micromètre équipé d'un tube télescopique vertical. Une fois l'extrémité à basse température installée avec l'extenomètre, il est immergé dans de l'azote liquide. Si le résultat d'étalonnage est connu et prouvé comme précis, linéaire et reproductible, l'étalonnage direct à 4K est plus nécessaire après que l'équipement peut être cassé ou réparé. La vérification de l'humidité de la pièce avant chaque test peut être considérée comme une vérification indirecte de l'étalonnage à 4k. Il est important de vérifier régulièrement l'extenomètre.
Tester le contenu et l'expression des résultats
1. Installation de l'échantillon
L'échantillon est installé dans un thermostat à basse température. Notez que la ligne de signal de l'instrument doit être entièrement détendue, afin que la ligne de signal ne soit pas étirée ou ridée lors du positionnement de la bouteille à vide ou pendant le test.
1) Pendant le processus de centrage, la force de traction doit toujours être maintenue en dessous de 1/3 de la limite élastique du matériau, puis maintenue à une force appropriée pour garantir que l'échantillon reste centré pendant le processus de refroidissement.
2) Pendant le processus de refroidissement, afin de maintenir le centrage et d'éviter la déformation incontrôlée de l'échantillon, des conditions de chargement libres doivent être utilisées.
2. Processus de refroidissement
La glace formée dans différentes parties de l'échantillon, l'extenomètre et le système de force peuvent bloquer le tube de perfusion d'hélium liquide ou provoquer une force d'essai anormale. Pour éviter la formation de glace, tous les liquides qui peuvent produire de la condensation doivent être retirés de l'équipement avant le refroidissement. Un jet d'air ou un sèche-cheveux chaud peut être utilisé pour sécher soigneusement l'instrument. Si l'extenomètre est équipé d'un boîtier de protection, installez l'extenomètre afin que le liquide puisse s'écouler librement dans la plage de mouvement de l'extenomètre pour éviter la fixation des bulles et le bruit qui leur est associé.
Installez la bouteille à vide et remplissez le cryostat d'azote liquide pour pré-refcoler l'équipement. Une fois l'ébullition qui se baisse (l'équilibre thermique est atteint), videz tout l'azote liquide dans le cryostat, puis remplissez le cryostat de liquide jusqu'à ce que l'échantillon et le luminaire soient complètement immergés dans de l'azote liquide. Le test peut être démarré après que le système atteigne l'équilibre thermique à 4k. Pendant le test, l'échantillon doit être immergé dans de l'azote liquide. L'azote gazeux a une conductivité thermique plus faible que l'azote liquide. Par conséquent, l'échantillon doit être complètement immergé dans de l'azote liquide pour minimiser l'effet de l'élévation de la température sur la mesure de la propriété mécanique.
3. Taux de test
(1) Contrôle du taux La mesure des performances de traction de température de l'azote liquide sera affectée par le taux de test. Par conséquent, le taux de déplacement doit également être mesuré et contrôlé pendant le test. En raison de l'influence du phénomène de rendement discontinu, le taux de test réel ne peut pas être contrôlé et maintenu avec précision. Par conséquent, un taux de déformation nominal doit être spécifié. Le taux de déformation nominal est calculé sur la base du taux de déplacement de la longueur parallèle.
Limite de taux Tout taux de déplacement peut être utilisé pour faire en sorte que la contrainte atteigne la moitié de la limite d'élasticité. Après cela, le taux de déplacement doit être contrôlé de sorte que le taux de déformation nominal ne dépasse pas 10- s. Des taux de déformation plus élevés peuvent provoquer un chauffage excessif de l'échantillon, ce qui affectera la précision de la mesure des propriétés mécaniques du matériau.
Plage de taux Généralement, la plage de taux de déformation recommandée pour les tests de traction à la température 4K est 10-10-, mais certains matériaux montrent une certaine sensibilité aux changements de taux de déformation dans cette plage. Certains aciers austénitiques à haute résistance montrent de légers changements dans les propriétés de traction dans la plage de taux de déformation 10-10-, et certains autres matériaux avec une résistance et une conductivité thermique plus élevés (tels que les alliages de titane) peuvent également montrer des tendances similaires. Par conséquent, dans certains tests, des taux de déformation très faibles peuvent être pris en compte et 10 n'est que le taux de déformation maximal autorisé dans ce test.
Des changements appropriés du taux de déformation sont également autorisés. Par exemple, si la déformation au point de départ d'une limite d'élasticité discontinue est mesurée, le taux de déformation doit être réduit de manière appropriée. Si le point de départ du premier dent de scie sur la courbe de contrainte-déformation est très proche du 0. Un taux de déformation plus faible peut être utilisé au début du test pour mesurer la limite d'élasticité, et le taux de déformation peut être correctement augmenté pour terminer le test.
4. Détermination de la zone transversale d'origine
La zone transversale d'origine de l'échantillon est calculée par une mesure appropriée de la taille de l'échantillon. L'erreur de l'instrument de mesure de la longueur utilisé ne doit pas dépasser 0. 5% ou 0. 010mm, la plus grande.
5. Marquage de la longueur de la jauge d'origine
L'encre ou un marqueur peut être utilisé pour marquer la position appropriée dans la longueur parallèle de l'échantillon. Après le marquage, la longueur de jauge d'origine doit être mesurée avec une précision de 0. 1 mm.
Pour les métaux à faible ductilité, le marquage par les points de pointe ou le dessin sur leur longueur parallèle peut entraîner une défaillance du test en raison de la concentration de contrainte. Pour éviter cela, l'encre peut être utilisée pour pulvériser le revêtement de surface dans la longueur parallèle de l'échantillon, puis le revêtement peut être gratté à la surface de l'échantillon à un intervalle approprié pour atteindre le but de marquer la longueur de jauge d'origine. L'étape de l'échantillon ou toute la longueur de l'échantillon peut également être utilisée comme longueur de jauge d'origine pour calculer l'allongement. Dans ce cas, des erreurs peuvent se produire en raison de changements dans la section transversale mesurée, de sorte que les résultats de mesure sont également limités.
6. Détermination des propriétés mécaniques conventionnelles
Les méthodes de détermination de l'allongement après la fracture A, la résistance à l'extension du plastique spécifiée R, la résistance à la traction R et le retrait de la coupe transversale sont les mêmes que ceux du test de traction à température ambiante, sauf que le test doit être effectué à la température de l'azote liquide (4K).
7. Détermination de la limite d'élasticité discontinue (R)
La limite d'élasticité discontinue est obtenue en divisant la force d'essai maximale au début de la première dentelle mesurable dans la courbe de contrainte-déformation par la zone transversale d'origine de l'échantillon.
