Зразки для випробувань на розтяг

Для випробувань на розтяг використовують зразки з робочою частиною у формі циліндра (циліндричні зразки) чи стрижня з прямокутним перетином (плоскі зразки). На рис. 7 показані найчастіше використовувані стандартні зразки для випробувань при кімнатній (а-в), підвищених (г) і низьких (д) температурах. Крім основної робочої частини, більшість зразків має головки різної конфігурації для кріплення в захватах. Конфігурація і розміри головок визначаються конструкцією захватів. Основні розміри зразка:

1) робоча довжина частина зразка між його ділянками з постійною площею поперечного переріза чи головками для захоплення;

2) початкова розрахункова довжина ділянка робочої довжини, на якій визначається видовження;

3) початковий діаметр робочої частини для циліндричних зразків та початкова товщина і ширина робочої частини для плоских зразків.

Рис. 7. Зразки для механічних випробувань матеріалів на статичний одновісний розтяг: а-б) циліндричні зразки для випробувань при нормальній температурі, в) плоский зразок для випробувань при кімнатних температурах, г) циліндричний зразок для випробувань при підвищених температурах, д) плоский зразок для випробувань при кріогенних температурах.

За співвідношенням між довжиною робочої частини (бази) зразка l_o та її діаметром стандартні зразки поділяються на п'ятикратні (= 5) та десятикратні (=10). При випробуванні зразків із крихких матеріалів допускається співвідношення =2.5.

Вимоги до високо- та низькотемпературних випробувань

До методики проведення випробувань на розтяг при підвищених і низьких температурах пред'являють ряд специфічних вимог. При високотемпературних випробуваннях нагрівальні пристрої (термостати і печі найрізноманітніших конструкцій) повинні забезпечувати рівномірне нагрівання зразка в межах розрахункової довжини і підтримку заданої температури у встановлених межах протягом усього часу випробування. Рекомендується, щоб довжина робочого простору печі була як мінімум у п'ять разів більше початкової розрахункової довжини зразка (рис.8, а).

Рис. 8. Схеми випробувань на розтяг при підвищених (а) і низьких температурах (б): 1 — рухомий захват; 2 — сильфон; 3 — кріостат з холодоагентом; 4— зразок; 5 — піч; 6 — нерухомий захват.

При високотемпературних випробуваннях необхідно приділяти особливу увагу надійності кріплення головок зразків у захватах, інакше можливе виникнення значної похибки результатів внаслідок деформації, вислизання головок із захватів і передчасного розриву зразків в головках, що розм'якшуються при нагріванні. Тому при високотемпературних випробуваннях використовують найчастіше циліндричні зразки з різьбовими головками, чи плоскі з отвором, у яке вставляють поперечний стрижень, що проходить крізь захвати (див. рис. 7, г, д). Точність підтримки температури в зразку тим менша, чим більша температура. До 873 К ця точність не повинна бути нижче ±3 К, від 873 до 1173 К — ±4 К, від 1173 до 1473 К — ±6 К. Час витримки при температурі випробування, а також швидкість нагрівання можуть істотно позначатися на механічних властивостях. Зазвичай зразки витримують 5—30 хв. Швидкість нагрівання до заданої температури як правило, повинна бути мінімальною.

При підвищених температурах на властивостях багатьох металів сильно позначається навколишнє середовище зразка. Зокрема, при нагріванні, витримці й у процесі випробування можлива взаємодія матеріалу зразка з газами повітря. За рахунок окислювання, азотування чи насичення воднем, механічні властивості можуть суттєво змінюватися. Тому при високотемпературних випробуваннях часто приходиться використовувати вакуумні печі з захисною атмосферою, наприклад з інертних газів (найчастіше використовують аргон). Тяги захватів при цьому вводять у робочий простір печі через спеціальні пристрої — сильфони (поз. 2 на рис. 8, а), що дозволяють захватам переміщуватися без розгерметизації внутрішнього об’єму печі .

Для низькотемпературних випробувань між захватами машини встановлюють посудину з теплоізоляційними стінками, що містить охолоджувальну рідину (мал. 8,б). Ємність такої кріокамери повинна бути досить великою для того, щоб забезпечити швидке охолодження і можливість підтримки заданої температури зразка при випробуваннях. Вид охолоджувальної рідини в залежності від необхідної температури наведено в табл.1. Зміна температури охолоджувальних сумішей досягається за рахунок зміни співвідношення компонентів. Крім рідких охолоджувачів, використовуються холодильні камери з повітряною атмосферою. Допустимі відхилення від необхідної температури випробування не повинні бути більше ±2 до 213 К и ±5 нижче 213 К. Час витримки при температурі випробування зазвичай складає 10—20 хвилин у залежності від розміру зразка. Для виміру низьких температур рекомендується використовувати рідинні (не ртутні) чи термоелектричні термометри опору.