如何有效提高金属材料高温拉伸试验准确性

时间：2020-07-30

一、高温拉伸试验
       拉伸性能是金属材料主要性能指标之一，其中屈服、抗拉强度等参数是金属材料较具代表性的力学性能指标，也是工程设计、机械设计中应力计算的重要依据。对于航空发动机、压力容器、核电设备以及热力管道等高温环境下使用的金属材料，高温拉伸性能数据是较基础和必不可少的考核数据。
二、试验设备
       尽管现行标准对试验方法进行了统一，但是要想准确测量材料高温拉伸性能，必不可少的是要有质量可靠的拉伸试验机，选择好的拉伸试验机能够较大程度提高试验结果的准确性。
      作为专业的试验机研发、制造、销售、服务和力学性能测试解决技术方案提供、实施为一体的国家**企业，万测是您可能的选择！目前万测旗下**械式高温蠕变持久试验机和电子式高温蠕变持久试验机两种产品可满足试验需求。

1、机械式高温蠕变持久试验机设备综述：
     机械式高温蠕变持久试验机，主要用于高温合金，钛合金，其它黑色金属，有色金属的棒材及板材试样进行高温持久，高温蠕变试验，该设备采用机械式一级杠杆加载方式，把砝码的重力放大后作用到试样上进行实验的原理。试验机硬件包括力值加载系统、高温试验炉、高温变形测量系统、温度测控系统、计时装置及安全保护装置等功能部件。可实现程序设定后，自动化实现升温，保温，加荷，数据记录，卸载，结果保存等功能。

满足标准：
1) 检验标准：JJG 276-2009《高温蠕变、持久强度试验机检定规程》
                      JJF 1298-2011 《高温蠕变、持久强度试验机型式评价大纲》
                     GB/2611-2007《试验机通用技术要求》
2) 试验方法：GB/T 2039-2012《金属材料 单轴拉伸蠕变试验方法》
                      HB 5151-1996《金属高温拉伸蠕变试验方法》
                     HB 5150-1996《金属高温拉伸持久试验方法》
                     ASTM E139-2011 《Conducting Creep, Creep-Rupture, and Stress-Rupture Tests of Metallic Materials1》

设备优势：
1、采用进口控制器（德国西门子），具备脱机试验功能、动态力标定功能（保证长时试验力值的稳定）和变形累加功能；
2、采用国外先进技术进口伺服电机和伺服系统，具有调平频率快，响应速度快，控制精准且平稳等特点。
3、采用高灵敏度的关节轴承，该结构主要是通过关节轴承内部球头结构来实现调心，可以很好的保证试样在被夹持后的同轴度，该结构可保证同轴度≤10%，优于标准要求。

技术参数
技术指标
性能参数
产品型号
TSC304A
TSC504A
TSC804A
TSC105A
较大试验力
30kN
50kN
80kN
100kN
较小试验力
1500N
2500N
4000N
5000N
试验力示值相对误差
≤±0.5%
下拉杆速度
0.01～90mm/min
下拉杆行程
0-200mm                                              0-250mm
自动调平范围
0.1mm
杠杆级数
1级
杠杆比
1：50
同轴度
≤10%
计时误差
±0.1%
电源电压
380V±10%，50Hz
电机功率
0.5kW
0.85kW
主机外型尺寸 
970x540x2400(mm)
1100×680×2550(mm)
电源配置（单台）
三相四线AC380V；总功率7kW以上；**开关、插座和地线

2、电子式高温蠕变持久试验机
设备综述：
       电子式高温蠕变持久试验机，主要用于高温合金，钛合金、其它黑色金属，有色金属的棒材及板材试样进行高温持久，高温蠕变，应力松弛、周期加载试验。试验机硬件包括力值加载系统、高温试验炉、高温变形测量系统、温度测控系统、计时装置及安全保护装置等功能部件。软件除可进行高温蠕变、持久试验控制外，还需具有力值、试验温度和环境温度等各项曲线输出和数据列表功能，可实现程序设定后，自动化实现升温，保温，加荷，数据记录，卸载，结果保存等功能。

满足标准：
     1、GB/T2039-2012《金属拉伸蠕变及持久试验方法》
      2、JJG276-2009《高温蠕变、持久强度试验机》
　　3、GB/T16825.2-2018《拉力蠕变试验机施加力的检验》
      4、JB/T9373-2014《拉力蠕变试验机技术条件》
      5、GB/2611-2007《试验机通用技术要求》
      6、HB5151-1996《金属高温拉伸蠕变试验方法》
      7、HB5150-1996《金属高温拉伸持久试验方法》
      8、ASTM E139-2011 《Conducting Creep, Creep-Rupture, and Stress- Rupture Tests of Metallic Materials1》

设备优势：
1、采用进口控制器（德国西门子），具备脱机试验功能、动态力标定功能（保证长时试验力值的稳定）和变形累加功能；
2、采用国外先进技术，较新进口伺服电机和伺服系统精密行星减速机，配精密滚珠丝杠副传动系统，传动更平稳、效率更高；较大的降低了噪音污染和提高了试验机的测试效率。
3、采用高灵敏度的球头结构，该结构主要是通过钢球与带有球面的卡子接触，拉杆同球面卡子连接，此结构可在拉伸时完成自调心动作，保证同轴度≤10%，优于标准要求。
4、采用进口力值传感器，精度为0.5级；
5、轮辐式新型设计，受横向载荷、非对称载荷、弯曲和扭转力矩的影响非常小；
6、150%过载无变形（无机械损伤）高精度传感器，其稳定性好，抗侧向力好。
 
技术参数
技术指标
 性能参数
产品型号
TSC304B
TSC504B
TSC804B
TSC105B
较大试验力
30kN
50kN
80kN
100kN
较小试验力
600N
1000N
1600N
2000N
试验力准确度
≤±0.5%
下拉杆速度
0.01～100mm/min
下拉杆行程
0-200mm
同轴度
≤10%
计时误差
±0.1%
主机电源
220V±10%；50Hz
主机功率
0.75kW                                    
主机外型尺寸
710x520x2400(mm)      710×520×2550(mm)  配筒式高温炉电动升降
电源配置（单台）
三相四线AC380V；总功率7kW以上；**开关、插座和地线

三、试验前准备
        金属材料拉伸试验采用的标准试样是用样坯经机加工而成的，这一过程通常包括车、铣、刨、磨等过程。每一道机加工工序中均应控制好给进速度和冷却速度，以防止因受热或冷加工硬化而影响材料性能。
        对于加工好的标准试样，首先要保证试样尺寸及粗糙度符合标准要求，这是保证试验结果准确性的基础。然后根据试样尺寸，确定并标记试样标距。
标记标距时，要考虑试样材料的特性。
        如果材料是脆性的，需要用记号笔涂抹试样表面，然后轻轻划出标距线，选用的记标记笔涂料应确保所作的标记在高温试验后仍能清晰可见。
对于韧性材料，则需要在试样表面打点做标记，这样能够保证标记在高温受热后仍清晰可见。

四、温度控制
        高温炉升温过程通常具有热惯性，其温度控制有一定的滞后性，其原因是电热丝等加热元件的温度变化速度要远落后于热电偶测温的速度，致使高温炉的实际温度总是滞后于设定温度，通常会有几度到十几度的偏差。

为了更好地克服这一问题，推荐使用比例-积分-微分(PID)温度控制方法。同时，随着控温技术的发展，新的控制方法如模糊控制、神经网络控制以及模糊PID控制等都为高温炉的精确控温带来了可能。万测机械式/电子式高温蠕变持久试验机均采用进口0.1级西门子温控模块，PID自动闭环控制，具有PID参数自动调整功能，通过试验软件/触摸屏能实现自整定功能，可实时调整PID参数。
       值得注意的是，由于炉体上、中、下三个区域散热速率不同，要想实现试验所需温度的精确控制，该三个区域的加热功率需要不同的设置。一般来说，上区域和下区域所需的加热功率要比中间区域的稍大一些，原因是高温炉上、下两端与冷空气之间的热交换要大于中间区域的。
       除此以外，为更好控制试验温度，万测高温蠕变持久试验机的温控系统高度集成于主机当中，不需要独立的温控柜，从而不用占用额外的实验室空间，高度集成还可缩短温度补偿导线距离，保证控温精度。

五、拉伸过程
      试样加载过程中温度是较难控制的环节。试样从受力开始直至屈服，由于处于弹性变形阶段，试样本身基本不发热，在这个阶段温度容易控制。然而从屈服变形阶段开始，试样发生塑性变形，造成试样本身产生热量，该现象可能导致试样温度上升几十摄氏度(例如奥氏体不锈钢)，试样本身温度的升高，导致试验温度难以控制甚至**出规定的试验温度。
      因此，在拉伸初始加载阶段，需要将试验温度控制在规定温度范围的负偏差，以防止后期温度高出标准规定;同时，在加载过程中要时刻注意温度变化情况，及时对加热控制器进行必要的人工调节。
      综上所述，在金属材料高温拉伸试验过程中，不仅要选择高质量高标准的试验机产品，也要正确认识高温拉伸试验的特殊操作细节。在日常检验工作中，应善于积累和总结长期试验过程中出现的各种现象和规律，不断提高检测结果的准确性，为科学研究和企业生产提供可靠有效的试验数据。

词条
词条说明
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