如何有效提高金屬材料高溫拉伸試驗(yàn)準(zhǔn)確性

一、高溫拉伸試驗(yàn)

       拉伸性能是金屬材料主要性能指標(biāo)之一，其中屈服、抗拉強(qiáng)度等參數(shù)是金屬材料代表性的力學(xué)性能指標(biāo)，也是工程設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)中應(yīng)力計(jì)算的重要依據(jù)。對(duì)于航空發(fā)動(dòng)機(jī)、壓力容器、核電設(shè)備以及熱力管道等高溫環(huán)境下使用的金屬材料，高溫拉伸性能數(shù)據(jù)是基礎(chǔ)和*的考核數(shù)據(jù)。

二、試驗(yàn)設(shè)備

       盡管現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)對(duì)試驗(yàn)方法進(jìn)行了統(tǒng)一，但是要想準(zhǔn)確測(cè)量材料高溫拉伸性能，*的是要有質(zhì)量可靠的拉伸試驗(yàn)機(jī)，選擇好的拉伸試驗(yàn)機(jī)能夠提高試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

      作為專業(yè)的試驗(yàn)機(jī)研發(fā)、制造、銷售、服務(wù)和力學(xué)性能測(cè)試解決技術(shù)方案提供、實(shí)施為一體的國(guó)家高新技術(shù)企業(yè)，萬測(cè)*！目前萬測(cè)旗下有機(jī)械式高溫蠕變持久試驗(yàn)機(jī)和電子式高溫蠕變持久試驗(yàn)機(jī)兩種產(chǎn)品可滿足試驗(yàn)需求。

1、機(jī)械式高溫蠕變持久試驗(yàn)機(jī)

設(shè)備綜述：

     機(jī)械式高溫蠕變持久試驗(yàn)機(jī)，主要用于高溫合金，鈦合金，其它黑色金屬，有色金屬的棒材及板材試樣進(jìn)行高溫持久，高溫蠕變?cè)囼?yàn)，該設(shè)備采用機(jī)械式一級(jí)杠桿加載方式，把砝碼的重力放大后作用到試樣上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的原理。試驗(yàn)機(jī)硬件包括力值加載系統(tǒng)、高溫試驗(yàn)爐、高溫變形測(cè)量系統(tǒng)、溫度測(cè)控系統(tǒng)、計(jì)時(shí)裝置及安全保護(hù)裝置等功能部件。可實(shí)現(xiàn)程序設(shè)定后，自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)升溫，保溫，加荷，數(shù)據(jù)記錄，卸載，結(jié)果保存等功能。

滿足標(biāo)準(zhǔn)：

1) 檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)：JJG 276-2009《高溫蠕變、持久強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)檢定規(guī)程》

                      JJF 1298-2011 《高溫蠕變、持久強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)型式評(píng)價(jià)大綱》

                     GB/2611-2007《試驗(yàn)機(jī)通用技術(shù)要求》

2) 試驗(yàn)方法：GB/T 2039-2012《金屬材料 單軸拉伸蠕變?cè)囼?yàn)方法》

                      HB 5151-1996《金屬高溫拉伸蠕變?cè)囼?yàn)方法》

                     HB 5150-1996《金屬高溫拉伸持久試驗(yàn)方法》

                     ASTM E139-2011 《Conducting Creep, Creep-Rupture, and Stress-Rupture Tests of Metallic Materials1》

設(shè)備優(yōu)勢(shì)：

1、采用進(jìn)口控制器（德國(guó)西門子），具備脫機(jī)試驗(yàn)功能、動(dòng)態(tài)力標(biāo)定功能（保證長(zhǎng)時(shí)試驗(yàn)力值的穩(wěn)定）和變形累加功能；

2、采用*技術(shù)進(jìn)口伺服電機(jī)和伺服系統(tǒng)，具有調(diào)平頻率快，響應(yīng)速度快，控制精準(zhǔn)且平穩(wěn)等特點(diǎn)。

3、采用高靈敏度的關(guān)節(jié)軸承，該結(jié)構(gòu)主要是通過關(guān)節(jié)軸承內(nèi)部球頭結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)調(diào)心，可以很好的保證試樣在被夾持后的同軸度，該結(jié)構(gòu)可保證同軸度≤10%，優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)要求。

技術(shù)參數(shù)

2、電子式高溫蠕變持久試驗(yàn)機(jī)

設(shè)備綜述：

       電子式高溫蠕變持久試驗(yàn)機(jī)，主要用于高溫合金，鈦合金、其它黑色金屬，有色金屬的棒材及板材試樣進(jìn)行高溫持久，高溫蠕變，應(yīng)力松弛、周期加載試驗(yàn)。試驗(yàn)機(jī)硬件包括力值加載系統(tǒng)、高溫試驗(yàn)爐、高溫變形測(cè)量系統(tǒng)、溫度測(cè)控系統(tǒng)、計(jì)時(shí)裝置及安全保護(hù)裝置等功能部件。軟件除可進(jìn)行高溫蠕變、持久試驗(yàn)控制外，還需具有力值、試驗(yàn)溫度和環(huán)境溫度等各項(xiàng)曲線輸出和數(shù)據(jù)列表功能，可實(shí)現(xiàn)程序設(shè)定后，自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)升溫，保溫，加荷，數(shù)據(jù)記錄，卸載，結(jié)果保存等功能。

滿足標(biāo)準(zhǔn)：

     1、GB/T2039-2012《金屬拉伸蠕變及持久試驗(yàn)方法》

      2、JJG276-2009《高溫蠕變、持久強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)》

　　3、GB/T16825.2-2018《拉力蠕變?cè)囼?yàn)機(jī)施加力的檢驗(yàn)》

      4、JB/T9373-2014《拉力蠕變?cè)囼?yàn)機(jī)技術(shù)條件》

      5、GB/2611-2007《試驗(yàn)機(jī)通用技術(shù)要求》

      6、HB5151-1996《金屬高溫拉伸蠕變?cè)囼?yàn)方法》

      7、HB5150-1996《金屬高溫拉伸持久試驗(yàn)方法》

      8、ASTM E139-2011 《Conducting Creep, Creep-Rupture, and Stress- Rupture Tests of Metallic Materials1》

設(shè)備優(yōu)勢(shì)：

1、采用進(jìn)口控制器（德國(guó)西門子），具備脫機(jī)試驗(yàn)功能、動(dòng)態(tài)力標(biāo)定功能（保證長(zhǎng)時(shí)試驗(yàn)力值的穩(wěn)定）和變形累加功能；

2、采用*技術(shù)，進(jìn)口伺服電機(jī)和伺服系統(tǒng)精密行星減速機(jī)，配精密滾珠絲杠副傳動(dòng)系統(tǒng)，傳動(dòng)更平穩(wěn)、效率更高；極大的降低了噪音污染和提高了試驗(yàn)機(jī)的測(cè)試效率。

3、采用高靈敏度的球頭結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)主要是通過鋼球與帶有球面的卡子接觸，拉桿同球面卡子連接，此結(jié)構(gòu)可在拉伸時(shí)完成自調(diào)心動(dòng)作，保證同軸度≤10%，優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)要求。

4、采用進(jìn)口力值傳感器，精度為0.5級(jí)；

5、輪輻式新型設(shè)計(jì)，受橫向載荷、非對(duì)稱載荷、彎曲和扭轉(zhuǎn)力矩的影響非常小；

6、150%過載無變形（無機(jī)械損傷）高精度傳感器，其穩(wěn)定性好，抗側(cè)向力好。

技術(shù)參數(shù)

三、試驗(yàn)前準(zhǔn)備

        金屬材料拉伸試驗(yàn)采用的標(biāo)準(zhǔn)試樣是用樣坯經(jīng)機(jī)加工而成的，這一過程通常包括車、銑、刨、磨等過程。每一道機(jī)加工工序中均應(yīng)控制好給進(jìn)速度和冷卻速度，以防止因受熱或冷加工硬化而影響材料性能。

        對(duì)于加工好的標(biāo)準(zhǔn)試樣，首先要保證試樣尺寸及粗糙度符合標(biāo)準(zhǔn)要求，這是保證試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確性的基礎(chǔ)。然后根據(jù)試樣尺寸，確定并標(biāo)記試樣標(biāo)距。

標(biāo)記標(biāo)距時(shí)，要考慮試樣材料的特性。

        如果材料是脆性的，需要用記號(hào)筆涂抹試樣表面，然后輕輕劃出標(biāo)距線，選用的記標(biāo)記筆涂料應(yīng)確保所作的標(biāo)記在高溫試驗(yàn)后仍能清晰可見。

對(duì)于韌性材料，則需要在試樣表面打點(diǎn)做標(biāo)記，這樣能夠保證標(biāo)記在高溫受熱后仍清晰可見。

四、溫度控制

        高溫爐升溫過程通常具有熱慣性，其溫度控制有一定的滯后性，其原因是電熱絲等加熱元件的溫度變化速度要遠(yuǎn)落后于熱電偶測(cè)溫的速度，致使高溫爐的實(shí)際溫度總是滯后于設(shè)定溫度，通常會(huì)有幾度到十幾度的偏差。

        為了更好地克服這一問題，推薦使用比例-積分-微分(PID)溫度控制方法。同時(shí)，隨著控溫技術(shù)的發(fā)展，新的控制方法如模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制以及模糊PID控制等都為高溫爐的精確控溫帶來了可能。萬測(cè)機(jī)械式/電子式高溫蠕變持久試驗(yàn)機(jī)均采用進(jìn)口0.1級(jí)西門子溫控模塊，PID自動(dòng)閉環(huán)控制，具有PID參數(shù)自動(dòng)調(diào)整功能，通過試驗(yàn)軟件/觸摸屏能實(shí)現(xiàn)自整定功能，可實(shí)時(shí)調(diào)整PID參數(shù)。

       值得注意的是，由于爐體上、中、下三個(gè)區(qū)域散熱速率不同，要想實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)所需溫度的精確控制，該三個(gè)區(qū)域的加熱功率需要不同的設(shè)置。一般來說，上區(qū)域和下區(qū)域所需的加熱功率要比中間區(qū)域的稍大一些，原因是高溫爐上、下兩端與冷空氣之間的熱交換要大于中間區(qū)域的。

       除此以外，為更好控制試驗(yàn)溫度，萬測(cè)高溫蠕變持久試驗(yàn)機(jī)的溫控系統(tǒng)高度集成于主機(jī)當(dāng)中，不需要獨(dú)立的溫控柜，從而不用占用額外的實(shí)驗(yàn)室空間，高度集成還可縮短溫度補(bǔ)償導(dǎo)線距離，保證控溫精度。

五、拉伸過程

      試樣加載過程中溫度是難控制的環(huán)節(jié)。試樣從受力開始直至屈服，由于處于彈性變形階段，試樣本身基本不發(fā)熱，在這個(gè)階段溫度容易控制。然而從屈服變形階段開始，試樣發(fā)生塑性變形，造成試樣本身產(chǎn)生熱量，該現(xiàn)象可能導(dǎo)致試樣溫度上升幾十?dāng)z氏度(例如奧氏體不銹鋼)，試樣本身溫度的升高，導(dǎo)致試驗(yàn)溫度難以控制甚至超出規(guī)定的試驗(yàn)溫度。

      因此，在拉伸初始加載階段，需要將試驗(yàn)溫度控制在規(guī)定溫度范圍的負(fù)偏差，以防止后期溫度高出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定;同時(shí)，在加載過程中要時(shí)刻注意溫度變化情況，及時(shí)對(duì)加熱控制器進(jìn)行必要的人工調(diào)節(jié)。

      綜上所述，在金屬材料高溫拉伸試驗(yàn)過程中，不僅要選擇高質(zhì)量高標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)機(jī)產(chǎn)品，也要正確認(rèn)識(shí)高溫拉伸試驗(yàn)的特殊操作細(xì)節(jié)。在日常檢驗(yàn)工作中，應(yīng)善于積累和總結(jié)長(zhǎng)期試驗(yàn)過程中出現(xiàn)的各種現(xiàn)象和規(guī)律，不斷提高檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，為科學(xué)研究和企業(yè)生產(chǎn)提供可靠有效的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。