A szobahőmérsékleten elért húzási eredmény nem feltétlenül írja le, hogyan teljesít ugyanaz az anyag −40°C vagy +100°C hőmérsékleten.
Az autói, elektronikai vagy ipari alkalmazásokban használt anyagokat minősítő mérnökök számára a hőmérséklettől függő mechanikai viselkedés befolyásolhatja az anyagválasztást, a termékmegbízhatóságot és a tesztberendezések konfigurációját.
A magas és alacsony hőmérsékletű húzótesztrendszert az univerzális tesztgép (UTM) kombinálja egy szabályozott hőmérsékletű kamrával, megfelelő markolakkal és megfelelő mérési elrendezéssel. Egy ilyen rendszer kiválasztása azonban többet jelent, mint a maximális erő- és hőmérsékleti értékek ellenőrzését.
Ez az útmutató megvizsgálja a tesztelési módszereket, a releváns ASTM és ISO szabványokat, a gyakori mérési kihívásokat és a hőmérséklet-szabályozott húzótesztgép kiválasztásához kapcsolódó gyakorlati szempontokat.
Miért teszteljük
a húzóképességeket különböző hőmérsékleten?
A hőmérséklet megváltoztathatja, hogyan deformál és meghibásodik az anyag terhelés alatt.
Néhány polimer alacsony hőmérsékleten kevésbé hajlékonyá válik. Más anyagokon merevség, húzószilárdság vagy nyúlás változása jelentkezhet a hőmérséklet növekedésével. A tényleges válasz az anyagösszetételtől, a minta előkészítésétől, az expozíciós körülményektől és a kiválasztott tesztmódszertől függ.
Vegyünk például egy műanyag alkatrészt, amelyet autószerelvényekhez terveztek. Egy kielégítő szobahőmérsékletű húzóhatás nem biztos, hogy elegendő információt ad a hideg időjárási működés során tanúsított viselkedéséről. Hasonlóképpen, egy hőtermelő elektronikai alkatrész közelében használt anyag mechanikai vizsgálatot igényelhet magasabb hőmérsékleten.
A hőmérséklet-szabályozott húzóteszt lehetővé teszi a mérnökök számára, hogy meghatározott körülmények között vizsgálják ezeket a különbségeket.
Azanyagtól és a szabványtól függően a szükséges eredmények lehetnek a húzószilárdság, a rögülődési viselkedés, a töréskor megnyúlás, az elasztikus modul és a feszültség–deformáció válasz.
Azonban a mérési módszer számít. A gép által rögzített erő–elmozdulási görbe nem automatikusan egyenértékű a mintás feszültség–deformáció görbével. Ha közvetlen deformációmérésre van szükség, akkor egy megfelelő extensométert vagy más, az alkalmazandó szabvány által engedélyezett módszert kell figyelembe venni.
A teszthőmérséklet nem egyezik meg a minta hőmérsékletével
Egy részlet érdemes figyelmet érni a teszt előtt: a kamra beállítási pontjának elérése nem feltétlenül jelenti azt, hogy a példány elérte a szükséges hőmérsékletet.
A minták, a markolatok és a környező levegő másképp reagálhatnak a fűtés vagy hűtés során. Ezért a kondicionálási idő és hőmérséklet ellenőrzésének a megfelelő tesztmódszert vagy ügyféleljárást kell követnie.
Ez különösen fontos, amikor több hőmérsékleten elért eredményeket hasonlítanak össze.
Mely anyagokhoz kell magas vagy alacsony hőmérsékletű húzóteszt?
A hőmérséklet-szabályozott húzóteszt szükségességét általában az anyag tervezett működési környezete vagy a minősítési követelmény határozza meg – nem csupán a környezeti kamra elérhetősége.
Műanyagipari mérnökség
Műanyagok mérnöki kezelésében a különböző hőmérsékleteken végzett húzószilárdsági tesztek segíthetnek a mérnököknek az erősség, merevség és nyúlódás változásainak vizsgálatában.
Tipikus alkalmazások közé tartoznak az autóipari műanyag alkatrészek, elektronikai házak, szerkezeti műanyag alkatrészek és más, változó hőviszonyoknak kitett anyagok.
A minta geometriáját, kondicionálási eljárását, a tesztsebességet és a deformációmérési módszert a vonatkozó műanyagteszt szabvány szerint kell kiválasztani.
Gumi és elasztomerek
A gumi- és elasztomer tulajdonságok különösen érzékenyek a hőmérsékletre és deformációs körülményekre.
Ezeknek az anyagoknak a tesztelése során a fogás elrendezése és a hosszabbítási mérés alapos megfontolást érdemel. A minta csúszása vagy egy nem megfelelő mérési módszer befolyásolhatja a jelentett eredményeket.
Az ASTM D412 és az ISO 37 releváns kiindulópontok, a megfelelő hőmérséklet-kondicionálási követelményeket a kiválasztott eljárás határozza meg.
Kompozit anyagok
A kompozit anyagok további szempontokat is magukban foglalnak, például a példányok igazítását, a szorítási nyomást, a deformációmérést és a törésmódot.
Polimer mátrix kompozitok esetén az ASTM D3039/D3039M egy releváns húzóteszt módszer. Követelményeit felül kell vizsgálni a tervezett hőmérsékleti feltételekkel és a teljes tesztrendszer képességeivel együtt.
Autóipari és elektronikai anyag minősítés
A hőmérséklet-szabályozott húzóteszt az anyagértékelést is támogathatja autószerelések, elektronikai alkatrészek és ipari termékek esetében.
Fontos azonban megkülönböztetni egy anyagi példány tesztelése és egy teljes összeszerelt termék tesztelése között.
Egy húzógép, amelynek környezeti kamrája van, nem automatikusan helyettesíti a teljes termékű környezeti tesztkamrát. A bonyolult összeszerelésekhez egyedi szerelvények, eltérő minták előkészítése vagy alternatív tesztmódszer is szükséges.
Mely ASTM és ISO szabványok érvényesek?
Nincs egyetlen húzótesti szabvány, amely minden anyagot és hőmérsékleti állapotot lefedne.
A helyes módszer a minta anyagától, a szükséges eredményektől és az értékelés céljától függ.
Az alábbi szabványok hasznos hivatkozások egy magas vagy alacsony hőmérsékletű húzóteszt projekt tervezéséhez.
| Standard | Alkalmazás | Fontos szempontok |
|---|---|---|
| ASTM D638 | A műanyagok húzóképességei | Minta típusa, tesztsebesség, kondicionálás és mérési módszer |
| ISO 527 sorozat | A műanyagok húzóképességei | Válaszd ki az anyaghoz tartozó megfelelő részt |
| ASTM D412 | A gumi- és termoplasztikus elasztomerek húzási tulajdonságai | Minták előkészítése, megfogása és kiterjesztési mérése |
| ISO 37 | A gumi húzófeszültség–deformációs tulajdonságai | Kondicionálási és teszthőmérséklet-követelmények |
| ASTM D3039/D3039M | Polimer mátrix kompozitok húzóképességei | Igazítás, fogás és deformációmérés |
| ASTM E21 | Fémes anyagok magasabb hőmérsékletű feszültségvizsgálata | Hőmérsékletmérés és tesztrendszer konfiguráció |
| ISO 6892-2 | Fémes anyagok húzótesztje magasabb hőmérsékleten | Hőmérséklet-szabályozás, mérés és eljárási követelmények |
Ezek a szabványok nem felcserélhetők, és ezek beépítése nem jelenti azt, hogy egy adott tesztgép automatikusan mindegyiknek megfelelne.
Például egy ASTM D638 műanyagteszt és egy ASTM E21 emelt hőmérsékletű fémhúzási teszt jelentősen eltérő minták elrendezését, markolatoit és mérési konfigurációit igényelhet.
Hasonlóképpen, egy magasabb hőmérsékletű fémteszt szabvány nem feltételezhető, hogy alacsony hőmérsékletű tesztet lefed anélkül, hogy felülvizsgálnánk az alkalmazandó eljárást.
A berendezés vásárlása előtt ellenőrizd a pontos szabványszámot, kiadást és bármilyen további ügyfél-specifikus igényt.
Ezek a részletek a gép konfigurációját az elejétől fogva irányítják.
Hogyan végzik el a magas és alacsony hőmérsékletű húzótesztet?
Az alapvető húzóterhelési elv megmarad, mint egy hagyományos univerzális tesztgépben. A különbség az, hogy a termikus környezet egy további kontrollált tesztfeltételt jelent.
Egy tipikus eljárás több egymáshoz kapcsolódó szakaszból áll.
Minták előkészítése és vizsgálati előkészítése
A mérnök először azonosítja az anyagot, a mintaméreteket, az alkalmazandó szabványt és a szükséges mérési eredményeket.
A mintát ezután a geometriájához, a várható húzóerőhöz és a teszthőmérséklethez megfelelő markolatokon helyezik fel.
A helyes igazítás elengedhetetlen. Ha a példány nem a tervezett terhelési tengely mentén helyezkedik el, a nem szándékos hajlítás befolyásolhatja a teszteredményt.
Hőmérséklet-kondicionálás
A kamrát a megadott teszthőmérsékletre viszik, és a mintát a vonatkozó eljárás szerint kondicionálják.
A szükséges kondicionálási időt nem szabad önkényes várakozási idővel helyettesíteni pusztán azért, mert a kamra kijelzője elérte a beállított pontját.
Szükség esetén a példány hőmérsékletét megfelelő elrendezéssel kell ellenőrizni vagy ellenőrizni.
Húzóterhelés és adatgyűjtés
Miután a meghatározott tesztfeltételek kialakultak, a gép a meghatározott sebességgel vagy deformációs sebességgel alkalmazza a húzóterhelést.
A mérési rendszer rögzíti a szükséges adatokat, amelyek lehetnek az erő, az elmozdulás és a minta deformációja is.
A tesztelés során a kezelőnek figyelnie kell a markolatok csúszását, rendellenes deformációját vagy korai meghibásodását a fogási terület közelében.
Eredmények értékelése
A tesztelés után az eredményeket a kiválasztott módszer szerint értékelik.
Egy hasznos jelentésnek meg kell határoznia az anyagot, a minta geometriáját, a teszthőmérsékletet, a kondicionálási eljárást, a tesztsebességet, a mérési elrendeződést és a megfigyelt hibamódot.
Több hőmérséklet összehasonlításakor elengedhetetlen a minták előkészítése és tesztelési eljárásának következetessége.
Hol hibázhat a hőmérséklet-szabályozott húzóteszt?
Egy tesztgép elegendő erőkapacitással és megfelelő kamra hőmérséklet-tartománysal rendelkezhet, mégis kétséges eredményeket adhat, ha a mintaelrendezés vagy mérési rendszer nem megfelelő.
Számos gyakorlati kérdés különös figyelmet érdemel.
A markolatok csúszása és a rögzítési kompatipatia
A markolatok végig biztonságosan kell tartaniuk a mintát anélkül, hogy korai károsodást okoznának.
A hőmérséklet-változások befolyásolhatják a lámpatestek méretét és a fogási viselkedést is. Egy szobahőmérsékletű működésre alkalmas szerelvényt nem szabad automatikusan feltételezni a teljes hőteszt tartományra alkalmasnak.
A rögzítési anyagot, a beszorító mechanizmust, a minta geometriáját és az üzemeltetési távolságot együtt kell átvizsgálni.
Minták igazítása
A rossz beállítás nem kívánt terhelési körülményeket eredményez.
A hőmérséklet-szabályozott rendszer esetén a felső és alsó markolat helyesen kell elhelyezkedni, miközben elegendő távolságot kell biztosítani a kamrában.
A szerelvény elrendezését ellenőrizni kell tesztelés előtt, nem pedig szoftveres korrekcióként kezelni az igazítást.
Deformációmérés
A keresztfej kiszorítás magában foglalja a mozgást és deformációt a terhelési rendszerben. A tesztmódszertől függően nem feltétlenül adhat elfogadható mérést a tényleges mintáhúzódásról.
Ha modulus vagy pontos megnyúlásmérés szükséges, az extensométer elrendezését ennek megfelelően kell választani.
Az extensométernek a tervezett tesztkörnyezethez is alkalmasnak kell lennie. A kalibrációs feltételeit és használható mérési tartományát külön kell felülvizsgálni az UTM általános pontossági specifikációjától.
Használható csapás és kamra szabad
helyA kamrának több helyet kell befogadnia, mint a példány.
A mérnököknek figyelembe kell venniük a beépített fogakat, a mintamérő hosszát, a várható kiterjesztést, a kiterjesztést és a szükséges működési távolságot.
A gép névleges lökettérfogata nem feltétlenül az a menet, amely a teljes szerelvényrendszer telepítése után érhető el.
Erőkapacitás és tényleges munkatávolság
Egy 50 kN-os gép nem automatikusan a legjobb választás olyan példány esetében, amely viszonylag kis húzóerőt produkál.
A várható munkaerő-tartományt a kiválasztott terhelési cellával és annak ellenőrizett mérési tartományával kell összehasonlítani.
A maximális kapacitás, az erőfelbontás és a mérési pontosság kapcsolódó specifikációk, de nem szabad felcserélhetőnek tekinteni őket.
Egy valódi RS-8000GDW projekt belseje: gép, szerelvények és mérés beállítása
Az RS-8000GDW projekt 2021 szeptemberi fotói többet mutatnak, mint egy univerzális tesztgép keretet.
A berendezés mellett külön fogási alkatrészek, összekapcsolódó kiegészítők és kiterjesztőmérő dokumentáció található. Ezek a részletek példázzák azt, amit gyakran figyelmen kívül hagynak egy berendezésbeszerzési specifikáció elkészítésekor: a gépet teljes tesztrendszerként kell konfigurálni.
A tényleges felszerelés
A projektfotók az RS-8000GDW betöltőkeretet és egy külön vezérlőszekrényt mutatnak a berendezés előkészítése közben.
A gép mechanikai elrendezése adja a húzóterhelés alapját, míg a végső tesztkonfiguráció a beépített kamrától, a mintatartóktól és a mérő kiegészítőktől függ.
Azoknak az ügyfeleknek, akik hasonló laboratóriumi beállítást terveznek, a használható tesztteret és a szükséges szerelvény elrendezését felül kell vizsgálni, mielőtt véglegesítik a berendezés konfigurációját.
Szerelvények és kiegészítők elrendezése
A mellékelt projektfotók állítható fém markolatos alkatrészeket, összekapcsolódó alkatrészeket és egyéb mechanikai kiegészítőket tartalmaznak.
Jelenlétük hasznos, mert a szerelvény kiválasztása nem másodlagos vásárlási részlet. Ez befolyásolja a minta telepítését, az igazítást, a rendelkezésre álló ütőhatást és a teljes tesztrendszer gyakorlati működését.
Új alkalmazáshoz a fogási elrendezést a mintás rajz, a várható erő és a meghatározott teszthőmérséklet alapján kell értékelni.
A projektfotók önmagukban nem bizonyítják, hogy minden fényképezett kiegészítő alkalmas lenne a gép teljes elérhető hőmérsékleti tartományára.
Extensométer dokumentáció
A projekt archívumában GWB-200 extensométerről készült fényképek és a megfelelő kalibrációs dokumentáció is található.
A látható nyilvántartás 20 mm-es mérőtávot, 0,5-ös osztályú osztályt, 0–1,0 mm kalibrációs tartományt és 25°C kalibrációs hőmérsékletet jelöl.
Ez hasznos példát ad a tényleges tesztberendezés projekthez kapcsolódó mérési dokumentációra.
Ezazonban nem bizonyítja, hogy az extensométer mérési teljesítményét egy magas és alacsony hőmérsékletű teszttartományban ellenőrizték.
Olyan alkalmazásoknál, amelyek közvetlen deformációmérést igényelnek hőhatás alatt, az extensometert és annak működési feltételeit a végső rendszer konfigurációjának részeként kell megerősíteni.
A projekt gyakorlati tanulsága egyszerű: a teherkeretet, kamrát, szerelvényeket és mérőrendszert együtt kell áttekinteni, nem pedig különálló alkatrészekként vásárolni.
A megfelelő magas és alacsony hőmérsékletű húzómérő gép kiválasztása
A hasznos felszerelésspecifikáció magával a teszttel kezdődik.
A gép kiválasztása előtt a mérnököknek meg kell határozniuk a szükséges hőmérséklet-tartományt, a példány méreteit, a várható húzóerőt, az alkalmazandó szabványt és a mérési eredményeket.
Ezek a követelmények határozzák meg, hogy a javasolt tehercella, kamra, rögzítők és a rendelkezésre álló tesztterek megfelelőek-e.
ITM-LAB RS-8000GDW — Szabványos konfiguráció
Az ITM-LAB RS-8000GDW univerzális tesztgépet ötvözi hőmérséklet-szabályozott tesztkörnyezettel a szobahőmérsékleten kívüli anyagértékeléshez.
Az útmutatóbantárgyalt szabványos konfiguráció −40°C és +150°C közötti hőmérsékleti tartományt biztosít.
A legfontosabb termékspecifikációk az alábbiakban összefoglalva.
| Paraméter | RS-8000GDW |
|---|---|
| Szabványos hőmérsékleti tartomány | −40°C-tól +150°C-ig |
| Elérhető tehercella kapacitások | 500 N / 1 kN / 2 kN / 5 kN / 10 kN / 20 kN / 50 kN |
| Terhelés felbontása | 1/500 000 |
| Felszerelés pontossága | 0,5-ös szint |
| Stroke (a fogások kivételével) | 300–500 mm, testreszabott |
| Tesztsebesség | 0,001–500 mm/perc vagy 1–1000 mm/perc, konfigurációtól függően |
| Kiszorítási felbontás | 0,01 mm |
| Referencia kamra belseje | 300 × 350 × 600 mm, testreszabható |
| Hőmérséklet-eltérés | ±2°C |
A specifikációk a mellékelt ITM-LAB termékdokumentáción és a megerősített szabványos hőmérséklet-konfiguráción alapulnak. A végső berendezések teljesítményét és működési feltételeit ellenőrizni kell a jóváhagyott projektspecifikációval szemben.
Szélesebb hőtávot igénylő alkalmazásokhoz testreszabott konfiguráció áll rendelkezésre −70°C-tól +250°C-ig mérnöki vizsgálatra. Ez nem a szabványos gép alapértelmezett specifikációja.
Mit kell Megerősíteni rendelés előtt?
Az ajánlatnak meg kell jelölnie a kiválasztott tehercella kapacitását, a szükséges kamra konfigurációját, a példány fogatókat és a mérési elrendezést.
A tervezett tesztstandardot a teljes rendszerrel kapcsolatban is felül kell vizsgálni.
Például egy teszt, amely közvetlen mintáhúzódás-mérést igényel, eltérő kiegészítő konfigurációra van szükség, mint egy rutin teszt, amely rögzíti az erő- és keresztfej elmozdulását.
Hasonlóképpen, a minta geometriája és a várható megnyúlás befolyásolhatja a szükséges használható ütést és a kamra tisztaságát.
Ezeknek a részleteknek a korai kiválasztása segít elkerülni, hogy olyan gépet vásároljon, amely megfelel a fő specifikációknak, de nehéz konfigurálni a kívánt teszthez.
Mielőtt árajánlatot kérnének
Ha már van mintarajzod és tesztszabványod, ez a két dokumentum a legjobb kiindulópont a felszerelés megvitatásához.
Segítenek a gyártónak értékelni a szükséges erőtartományt, hőmérsékleti feltételeket, a markolatot és a mérési konfigurációt, mielőtt árajánlatot készítenének.
Egy RS-8000GDW lekérdezéshez a leghasznosabb információk a következők:
-
Anyag típusa és tervezett felhasználása
-
Tesztszabvány és kötelező kiadás
-
Minták rajzolása vagy méretei
-
Minimális és maximális teszthőmérsékletek
-
Várható húzóerő-tartomány
-
A szükséges tesztsebesség vagy deformációs sebesség
-
Szükséges eredmények, beleértve a közvetlen deformációmérést
-
Telepítési követelmények és egyedi szerelvények igényei
Ha a végleges konfigurációt még nem határozták meg, az ITM-LAB áttekintheti a rendelkezésre álló mintákat és a tesztinformációkat, hogy segítsen megfelelő kiindulási konfiguráció meghatározásában.
GYIK
- Képes egy univerzális tesztgép húzótesztet végezni alacsony és magas hőmérsékleten?
Igen. Az UTM hőmérséklet-szabályozott húzótesztet végezhet, ha megfelelő környezeti kamral, szerelvényekkel és mérőrendszerrel van felszerelve. Az alkalmasság a teljes konfigurációtól és a szükséges tesztmódszertől függ.
- elegendő-e −40°C és +150°C minden hőmérsékletfüggő húzóteszthez?
Nem. Ez az itt tárgyalt RS-8000GDW konfiguráció szabványos hőmérséklettartománya. A tényleges szükséges tartományt az alkalmazás, az anyagspecifikáció vagy a tesztszabvány határozza meg. A megterhelő hőmérsékleti feltételek testreszabott rendszert igényelhetnek.
- Használható-e ugyanaz a húzófogatú markolatok szobahőmérsékleten és magasabb hőmérsékleten is?
Nem feltétlenül. Figyelembe kell venni a markolatos anyagokat, a szorító mechanizmusokat, a hőtágulást és a példány viselkedését. A berendezés alkalmasságát a tervezett működési körülményekhez szükséges hitelesítésre kell tenni.
- A 0,5-ös szintű tesztgép automatikusan megfelel az ASTM vagy ISO szabványoknak?
Nem. A gépi pontosság csak egy része az értékelésnek. A specimen vizsgálati módszerhez való megfelelés a minta előkészítésétől, a rögzítőktől, a hőmérséklet-szabályozástól, az ellenőrizett mérési tartománytól, a deformációméréstől és a szükséges eljárástól is függ.
Konfigurálja hőmérséklet-vezérelt húzótesztrendszerét az ITM-LAB-dal
A magas és alacsony hőmérsékletű húzóteszt projektnek az anyaggal és a tesztelési módszerrel kell kezdenie – nem csupán a gépi katalógusban nyomtatott maximális erővel vagy hőmérséklettel.
Ha új tesztrendszert tervezel vagy meglévő laboratóriumot fejlesztesz, küldd el az ITM-LAB-nak a mintaadatokat, a szükséges tesztszabványt és a hőmérsékleti tartományt.
Csapatunk áttekintheti a kérelmet és ajánlhat egy megfelelő RS-8000GDW konfigurációt, beleértve a tehercellát, kamrát, szerelvényeket és mérő kiegészítőket.
Kérjen műszaki konfigurációt és árajánlatot
>Kutat az ITM-LAB magas és alacsony hőmérsékletű univerzális tesztgép
