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材料試驗方法對拉力試驗機要求

發布日期:2017-02-28     瀏覽次數:2112

 

材料試驗方法對拉力試驗機要求
                                          
1.1試驗機的測力、測變形系統
GB/T228標準9中規定試驗機測力系統準確度為1級或優于1級,測力系統的檢驗應按照GB/T16825.1—2008《靜力單軸試驗機檢驗第一部分拉力(或)壓力試驗機測力系統的檢驗與校準》標準進行,標準測力儀準確度級別應優于被測力系統級別的三倍以上。
引伸計應符合GB/T12160《單軸試驗用銀行森及標定》要求。測定上屈服強度ReH、下屈服強度ReL、屈服點延伸率Ae、規定塑性延伸強度Rp、規定總延伸強度Rt、規定殘余延伸強度Rr、以及規定殘余延伸強度的驗證試驗,應使用不劣于1級準確度的引伸計;測定其它較大延伸率性能,如測定抗拉強度Rm、最大力總延伸率Agt、最大力塑性延伸率Ag、斷裂總延伸率At、斷裂后伸長率A時,應使用不劣于2級引伸計。引伸計標定用標定器準確度的誤差不應大于引伸計允許誤差的1/3。
1.2 試樣夾持方法
GB/T228標準的10中指出夾持金屬材料,應使用螺紋夾頭、楔形夾頭、平推夾頭、套環夾頭等。
螺紋夾頭適用于帶螺紋頭部的圓形截面試樣。
楔形夾頭按結構形式分為:夾持試樣時鉗口移動,夾頭體不動的結構;鉗口不動夾頭,體移動的結構。前者由于鉗口的軸向移動對試樣產生壓縮力,必然對試樣上產生附加力而使試樣變形;后者在夾緊試樣時鉗口只有橫向移動,沒有軸向移動,當上下夾頭同軸時,對試樣沒有任何附加力施加。因此前者只適合于夾持尺寸較大的圓形試樣和板狀試樣,不適合于較小尺寸和脆性材料的夾持。
楔形夾頭按夾緊方式分為手動式、氣動式、液壓式夾頭。手動式適用于200KN以下試驗機;氣動式適用于500KN以下試驗機;液壓式適用范圍廣,適合于強度和硬度高,表面翹曲或不平直的試樣。
平推夾頭常見的形式為液壓式夾緊方式,由于鉗口只有橫向平移,當上下夾頭同軸時,對試樣沒有附加力,但是,這種夾頭因鉗口端面與夾頭體端面距離較大,所用的試樣軸向尺寸大,浪費材料。
套環夾頭適用于機械加工帶抬肩的圓形截面試樣,由于這類夾頭剛度高,對中性好,適合于彈性模量E、規定延伸強度(如Rp、Rt、Rr)的測量。
1.3加力系統的柔度
1.3.1柔度影響
拉伸試驗時,除了試樣受力外,加力系統(如框架、力傳感器、連桿、夾頭等部分)也受力,施加力時,對加力系統而言能量儲存,卸力時能量釋放。因此,力值激急變化時(如上下屈服點處),迫使力變化緩慢而應變速率增加,所劃出的力—延伸曲線中,上下屈服點變成圓滑,屈服強度發生變化。另外,應變速率的變化導致試樣延伸性能的改變。
1.3.2影響消除方法
按公式計算Vc,其前提是事先必須知道加力系統的柔度。因此,我公司生產的萬能試驗機隨機文件中必須給出加力系統的柔度。
1.3.3提高加力系統剛度方法
a)首先加大橫梁、絲杠、立柱、臺面等主機相關件的尺寸。
b)在上述件尺寸不變的情況下,移動橫梁上設置導向裝置,使移動橫梁受力狀態由簡支梁改變成固定梁。在下面的梁撓度計算公式中可以看出,在梁尺寸和負荷不變的情況下,固定梁剛度是簡支梁的4倍。
簡支梁中心點撓度f簡如下式計算:
 
式中:F—梁上所加的負荷
      L—梁的有效跨度
      E—材料的彈性模量
      I—慣性矩
的固定梁中心點的撓度f固如下式計算:
 
濟南中正試驗機生產的WDW-100型電子萬能試驗機的D105主機是提高剛度的典型結構。它不僅提高軸向剛度,而且大大提高橫向剛度。建議電子萬能試驗機都要采用固定梁結構。
c)盡可能減少拉桿的連接件或過渡件,尤其是螺紋連接件。因為螺紋件不僅剛性差,而且定位性能不好。
d)提高傳動系統(如減速機)剛度。
1.3.4日本島津公司AG—X系列剛度
20KN/50KN              175KN/mm
100KN                  300KN/mm
250KN/300KN            400KN/mm
1.5.4試驗機同軸度
GB/T228標準10中指出,應盡最大努力確保夾持的試樣受軸向拉力作用,盡量減少彎曲。這對試驗脆性材料或測定規定塑性延伸強度、規定總延伸強度、規殘余延伸強度或屈服強度尤為重要。
1.4.1同軸度對試驗結果的影響
同軸度指試樣軸線與受力方向的一致程度。同軸度對試驗影響主要表現在:影響力—位移(或力—變形)曲線的直線段的線性,使不應是彈性直線變為非線性曲線;具有明顯屈服現象的材料變得不那么明顯;脆性材料,在試驗時很容易在鉗口端面處斷裂,降低拉伸強度。
美國ASTME8M—2000b《金屬材料拉伸試驗方法》標準5.2.1中舉例說明偏心力引起的彎矩,對于φ12.5mm、φ9、φ6直徑的試樣偏心-0.025的點應力增加分別為1.5%,2.5%,3.17%。
1.4.2引起不同軸度的因素
a)試樣本身不同軸;
b)上下夾頭之間幾何不同軸度,即錯位或夾頭軸線間夾角;
c)試樣夾持不當,即夾偏,夾歪;
d)主機上下夾頭定位孔幾何偏心。
1.4.3同軸度檢測方法
詳見美國ASTME1012—05《在施加拉伸和壓縮軸向負荷下對試驗框架和試樣對心檢驗的標準操作方法》
1.4.3提高不同軸度的措施
a)提高主機相應件相關尺寸的形位公差;
b)盡可能減少軸向聯接件;
c)帶螺紋或帶臺肩夾頭,通過球座裝于對應的部件上,并兩球座距離在允許條件下,盡可能大;
d)有條件的試驗機上配備同軸度調節器。
1.5試驗機測控器及計算機
1.5.1引起應力—應變測量誤差的因素:
a)力,變形測量誤差;
b)通道頻寬不足;采樣速率低;
c)軟件程序與標準不一致;
d)控制系統控制誤差。
1.5.2試驗方法對測控器及計算機要求
1.5.2.1模擬信號輸出
GB/T228附錄A·3中規定,試驗機在設計時應考慮能夠通過軟件提供不加處理的模擬信號輸出。
1.5.2.2試驗速率:
試驗機應按本講義2.4要求,具有應力速率、應變速率控制功能。其范圍分別為2~60MPa·S-1及(0.00005~0.008)S-,1在試驗過程中應保持恒定。
在GB/T16491-2008《電子萬能試驗機》標準5.7中規定,0.5級和1級試驗機控制相對誤差分別保持±1%和±2%。
1.5.2.3采樣速率
在GB/T16491標準5.8中計算機數據采集系統數據采集速率不低于15次/S(有效采集點)。
最小采集速率:
—應變速率,S-1;
E—彈性模量,MPa;
ReH—上屈服強度,MPa;
q—試驗機測力系統的準確度級別;
— 應力速率,MPa·S-1
1.5.2.4傳感器—通道的頻帶寬度
GB/T22066《靜力單軸試驗用計算機數據采集系統的評定》A2.2中規定,試驗方法規定的條件下,由試驗條件導出的所需頻帶寬度應不小于0.2HZ。
傳感器—通道頻帶寬度按下式計算:
傳感器—通道頻帶寬度
式中:t10~90—兩數據點之間的時間。
1.5.2.5軟件要求
a)上屈服強度應該被認為是力值在下降至少0.5%之前最高力對應的應力值,并且其隨后應變范圍不大于0.05%的區域,力沒有超過先前的最大值;
b)下屈服強度、各種延伸率等性能測定,滿足定義即可;
c)彈性范圍曲線斜率的測定,最簡單方法是基于可變化部分的特性進行計算參數如下:
① 可變化部分的長度;
②選擇按照定義確定曲線斜率的方程;
③可變化的斜率恒定;
④被選擇的范圍有代表性,最佳范圍為下極限=10%Rp0.2;上極限=50% Rp0.2。

 

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