نتیجه کششی به دست آمده در دمای اتاق لزوما توصیف نمی کند که همان ماده در دمای منفی 40°C یا +100°C چگونه عمل خواهد کرد.
برای مهندسانی که مواد مورد استفاده در کاربردهای خودرویی، الکترونیکی یا صنعتی را تأیید می کنند، رفتار مکانیکی وابسته به دما می تواند بر انتخاب مواد، قابلیت اطمینان محصول و پیکربندی تجهیزات آزمایش تأثیر بگذارد.
سیستم تست کشش با دمای بالا و پایین ترکیبی از دستگاه تست جهانی (UTM) با محفظه دمای کنترل شده، دسته های مناسب و آرایش اندازه گیری مناسب است. با این حال، انتخاب چنین سیستمی فقط شامل بررسی حداکثر نیرو و درجه دما نیست.
این راهنما روش های آزمایش، استانداردهای مرتبط ASTM و ISO، چالش های رایج اندازه گیری و ملاحظات عملی در انتخاب دستگاه تست کششی کنترل شده با دما را بررسی می کند.
چرا خواص کششی را در دماهای مختلف آزمایش می کنیم؟
دما می تواند نحوه تغییر شکل و خرابی یک ماده تحت بار را تغییر دهد.
برخی پلیمرها در دماهای پایین کمتر انعطاف پذیر می شوند. مواد دیگر ممکن است با افزایش دما تغییراتی در سختی، مقاومت کششی یا کشیدگی نشان دهند. پاسخ واقعی بستگی به ترکیب ماده، آماده سازی نمونه، شرایط مواجهه و روش آزمایش انتخاب شده دارد.
یک قطعه پلاستیکی را در نظر بگیرید که برای استفاده در مونتاژ خودرو طراحی شده است. نتیجه کششی رضایت بخش در دمای اتاق ممکن است اطلاعات کافی درباره رفتار آن در عملیات در هوای سرد ارائه ندهد. به همین ترتیب، ماده ای که در نزدیکی یک قطعه الکترونیکی تولیدکننده حرارت استفاده می شود ممکن است در دمای بالا نیاز به ارزیابی مکانیکی داشته باشد.
آزمایش کششی کنترل شده با دما به مهندسان اجازه می دهد این تفاوت ها را تحت شرایط تعریف شده بررسی کنند.
بسته به ماده و استاندارد، نتایج مورد نیاز ممکن است شامل مقاومت کششی، رفتار تسلیم، کشیدگی در شکست، مدول الاستیک و پاسخ تنش-کرنش باشد.
با این حال، روش اندازه گیری اهمیت دارد. منحنی نیرو-جابجایی ثبت شده توسط ماشین به طور خودکار معادل منحنی تنش-کرنش نمونه نیست. در مواردی که اندازه گیری مستقیم کرنش لازم باشد، باید اکستنزومتر مناسب یا روش دیگری که توسط استاندارد مربوطه مجاز است، در نظر گرفته شود.
دمای آزمایش با دمای نمونه یکسان نیست
یک نکته پیش از شروع هر آزمایشی شایسته توجه است: رسیدن به نقطه تنظیم اتاقک لزوما به معنای رسیدن نمونه به دمای مورد نیاز نیست.
نمونه، دسته ها و هوای اطراف ممکن است هنگام گرم یا سرد کردن واکنش متفاوتی نشان دهند. بنابراین، زمان شرطی سازی و تأیید دما باید طبق روش آزمایش یا رویه مشتری مطابقت داشته باشد.
این موضوع به ویژه هنگام مقایسه نتایج به دست آمده در دماهای مختلف اهمیت دارد.
کدام مواد نیاز به تست کششی در دمای بالا یا پایین دارند؟
نیاز به آزمایش کششی کنترل شده با دما معمولا ناشی از محیط کاری مورد نظر ماده یا نیاز به صلاحیت است—نه صرفا در دسترس بودن محفظه محیطی.
مهندسی پلاستیک
برای پلاستیک های مهندسی، آزمایش کششی در دماهای مختلف می تواند به مهندسان کمک کند تا تغییرات استحکام، سختی و کشیدگی را بررسی کنند.
کاربردهای معمول شامل قطعات پلاستیکی خودرو، بدنه های الکترونیکی، قطعات پلاستیکی سازه ای و سایر موادی است که در معرض شرایط حرارتی متغیر قرار دارند.
هندسه نمونه، روش شرطی، سرعت آزمایش و روش اندازه گیری کرنش باید مطابق با استاندارد آزمایش پلاستیک مربوطه انتخاب شود.
لاستیک و الاستومرها
خواص لاستیک و الاستومر به ویژه نسبت به شرایط دما و تغییر شکل حساس هستند.
هنگام آزمایش این مواد، آرایش گرفتن و اندازه گیری کشش شایسته بررسی دقیق است. لغزش نمونه یا روش اندازه گیری نامناسب می تواند بر نتایج گزارش شده تأثیر بگذارد.
ASTM D412 و ISO 37 نقاط شروع مرتبط هستند و الزامات تطبیق دما توسط روش انتخاب شده تعیین می شود.
مواد مرکب
مواد کامپوزیتی ملاحظات اضافی مانند تراز نمونه، فشار گرفتن، اندازه گیری کرنش و حالت شکست را وارد می کنند.
برای کامپوزیت های ماتریس پلیمری، ASTM D3039/D3039M یکی از روش های مرتبط آزمون کششی است. نیازهای آن باید همراه با شرایط دمایی مورد نظر و قابلیت های کل سیستم آزمایش بررسی شود.
مدرک مواد خودرو و الکترونیک
آزمایش کششی کنترل شده با دما همچنین می تواند از ارزیابی مواد برای مونتاژهای خودرو، قطعات الکترونیکی و محصولات صنعتی پشتیبانی کند.
با این حال، تمایز بین آزمایش نمونه ماده و آزمایش یک محصول مونتاژ شده کامل اهمیت دارد.
یک ماشین کششی با محفظه محیطی به طور خودکار جایگزین یک محفظه آزمایش محیطی با محصول کامل نیست. مونتاژهای پیچیده ممکن است نیاز به تجهیزات سفارشی، آماده سازی نمونه متفاوت یا روش آزمایش جایگزین داشته باشند.
کدام استانداردهای ASTM و ISO اعمال می شوند؟
هیچ استاندارد واحدی برای تست کشش وجود ندارد که همه مواد و شرایط دما را پوشش دهد.
روش صحیح بستگی به ماده نمونه، نتایج مورد نیاز و هدف ارزیابی دارد.
استانداردهای زیر منابع مفیدی هنگام برنامه ریزی پروژه آزمایش کشش با دمای بالا یا پایین هستند.
| استاندارد | کاربرد | ملاحظات کلیدی |
|---|---|---|
| ASTM D638 | خواص کششی پلاستیک ها | نوع نمونه، سرعت آزمایش، شرایط دهی و روش اندازه گیری |
| سری ISO 527 | خواص کششی پلاستیک ها | قطعه مرتبط با مطالب را انتخاب کنید |
| ASTM D412 | خواص کششی الاستومرهای لاستیکی و ترموپلاستیک | آماده سازی نمونه، گرفتن و اندازه گیری کشش |
| ایزو ۳۷ | خواص کششی تنش-کرنش لاستیک | شرایط شرطی سازی و الزامات دمای تست |
| ASTM D3039/D3039M | خواص کششی کامپوزیت های ماتریس پلیمر | اندازه گیری تراز، گرفتن و کرنش |
| استاندارد ASTM E21 | آزمون کشش دمای بالا مواد فلزی | اندازه گیری دما و پیکربندی سیستم آزمایش |
| ISO 6892-2 | آزمایش کششی مواد فلزی در دمای بالا | الزامات کنترل دما، اندازه گیری و روش | ها
این استانداردها قابل تعویض نیستند و گنجاندن آن ها به این معنا نیست که یک دستگاه تست خاص به طور خودکار با همه آن ها مطابقت دارد.
برای مثال، آزمون پلاستیک ASTM D638 و آزمون کشش فلز با دمای بالا ASTM E21 ممکن است نیازمند آرایش نمونه ها، دسته ها و پیکربندی های اندازه گیری بسیار متفاوتی باشند.
به همین ترتیب، نباید فرض کرد که استاندارد آزمایش فلز با دمای بالا بدون بررسی روش مربوطه شامل آزمایش دمای پایین می شود.
قبل از خرید تجهیزات، تعداد دقیق استاندارد، نسخه و هرگونه نیاز خاص مشتری را تأیید کنید.
این جزئیات باید از ابتدا راهنمای پیکربندی دستگاه باشند.
آزمایش کشش دمای بالا و پایین چگونه انجام می شود؟
اصل پایه بارگذاری کششی همانند دستگاه های تست یونیورسال معمولی باقی می ماند. تفاوت این است که محیط حرارتی به یک شرط آزمایش کنترل شده اضافی تبدیل می شود.
یک روش معمول چندین مرحله مرتبط را دنبال می کند.
آماده سازی نمونه و راه اندازی آزمایش
مهندس ابتدا ماده، ابعاد نمونه، استاندارد مربوطه و خروجی های اندازه گیری مورد نیاز را شناسایی می کند.
سپس نمونه با استفاده از گیره هایی متناسب با هندسه، نیروی کششی مورد انتظار و دمای آزمایش نصب می شود.
تراز صحیح ضروری است. اگر نمونه در امتداد محور بارگذاری مورد نظر قرار نگیرد، خم شدن ناخواسته ممکن است بر نتیجه آزمایش تأثیر بگذارد.
شرایط دما
محفظه به دمای آزمایش مشخص شده برده می شود و نمونه طبق روش مربوطه شرطی می گردد.
زمان شرطی سازی مورد نیاز نباید صرفا به این دلیل که نمایشگر اتاقک به نقطه تنظیم خود رسیده است، با یک دوره انتظار دلخواه جایگزین شود.
در صورت نیاز، دمای نمونه باید با استفاده از ترتیب مناسب پایش یا تأیید شود.
بارگذاری کششی و جمع آوری داده
هاپس از تعیین شرایط آزمایش مشخص شده، دستگاه بارگذاری کششی را با سرعت یا نرخ کرنش تعیین شده اعمال می کند.
سیستم اندازه گیری داده های مورد نیاز را ثبت می کند که ممکن است شامل نیرو، جابجایی و کرنش نمونه باشد.
در طول آزمایش، اپراتور باید مراقب لغزش دسته، تغییر شکل غیرطبیعی یا خرابی زودرس نزدیک ناحیه گرفتن باشد.
ارزیابی نتایج
پس از آزمایش، نتایج بر اساس روش انتخاب شده ارزیابی می شوند.
یک گزارش مفید باید ماده، هندسه نمونه، دمای آزمایش، روش شرطی، سرعت آزمایش، آرایش اندازه گیری و حالت خرابی مشاهده شده را مشخص کند.
هنگام مقایسه چندین دما، ثبات در آماده سازی نمونه و روش آزمایش بسیار مهم است.
آزمایش کشش کنترل شده با دما کجا می تواند اشتباه کند؟
یک دستگاه آزمایش ممکن است ظرفیت نیرو کافی و دامنه دمای مناسب محفظه را داشته باشد، اما در صورت نامناسب بودن آرایش نمونه یا سیستم اندازه گیری، نتایج مشکوکی تولید کند.
چندین مسئله عملی شایسته توجه ویژه هستند.
لغزش دسته و سازگاری فیکسچر
دسته ها باید نمونه را در طول آزمایش محکم نگه دارند بدون اینکه آسیب زودرس وارد شود.
تغییرات دما ممکن است بر ابعاد چراغ و رفتار گرفتن آن نیز تأثیر بگذارد. یک چراغ مناسب برای عملکرد در دمای اتاق نباید به طور خودکار برای کل محدوده آزمایش حرارتی مناسب فرض شود.
مواد فیکسچر، مکانیزم گیره ای، هندسه نمونه و فضای عملیاتی باید با هم بررسی شوند.
هم ترازی نمونه ها
تراز نامناسب شرایط بارگذاری ناخواسته را ایجاد می کند.
برای سیستم های کنترل شده دما، دسته های بالا و پایین باید به درستی در جای خود باقی بمانند و فضای کافی داخل محفظه فراهم شود.
آرایش چراغ باید قبل از آزمایش بررسی شود و نباید تراز را به عنوان اصلاح نرم افزاری در نظر گرفت.
اندازه گیری کرنش
جابجایی سر عرضی شامل حرکت و تغییر شکل درون سیستم بارگذاری است. بسته به روش آزمایش، ممکن است اندازه گیری قابل قبولی از سویه نمونه واقعی ارائه ندهد.
در مواردی که مدول یا اندازه گیری دقیق کشیدگی لازم باشد، آرایش امتداد سنج باید متناسب با آن انتخاب شود.
اکستنزومتر باید برای محیط آزمایشی مورد نظر نیز مناسب باشد. شرایط کالیبراسیون و دامنه اندازه گیری قابل استفاده آن باید جدا از مشخصات دقت کلی UTM بازبینی شود.
کورس قابل استفاده و فاصله محفظه
اتاقک باید ظرفیت بیشتری نسبت به نمونه داشته باشد.
مهندسان باید دسته های نصب شده، طول گیج نمونه، کشش مورد انتظار، آرایش اکستنزومتر و فضای عملیاتی لازم را در نظر بگیرند.
کورس اسمی دستگاه لزوما کورس قابل دسترس پس از نصب کامل سیستم فیکسچر نیست.
ظرفیت نیرو و برد کاری واقعی
یک ماشین ۵۰ کیلو نیوتن به طور خودکار بهترین انتخاب برای نمونه ای با نیروی کششی نسبتا کم نیست.
محدوده نیروی کار مورد انتظار باید با سلول بار انتخاب شده و محدوده اندازه گیری تأیید شده آن مقایسه شود.
حداکثر ظرفیت، وضوح نیرو و دقت اندازه گیری مشخصات مرتبطی هستند، اما نباید به عنوان قابل تعویض در نظر گرفته شوند.
درون یک پروژه واقعی RS-8000GDW: دستگاه، تجهیزات و تنظیمات اندازه گیری
عکس های پروژه RS-8000GDW از سپتامبر ۲۰۲۱ بیش از یک قاب دستگاه تست جهانی را نشان می دهند.
در کنار تجهیزات، قطعات جداگانه ای برای گرفتن، لوازم جانبی متصل کننده و مستندسازی اکستنزومتر وجود دارد. این جزئیات چیزی را نشان می دهد که اغلب هنگام تهیه مشخصات خرید تجهیزات نادیده گرفته می شود: دستگاه باید به عنوان یک سیستم تست کامل پیکربندی شود.
تجهیزات واقعی
عکس های پروژه قاب بارگذاری RS-8000GDW و یک کابینت کنترل جداگانه را در هنگام آماده سازی تجهیزات نشان می دهند.
آرایش مکانیکی دستگاه پایه ای برای بارگذاری کششی فراهم می کند، در حالی که پیکربندی نهایی آزمایش به محفظه نصب شده، تجهیزات نمونه و لوازم جانبی اندازه گیری بستگی دارد.
برای مشتریانی که قصد دارند آزمایشگاه مشابهی داشته باشند، فضای آزمایش قابل استفاده و آرایش تجهیزات مورد نیاز باید قبل از نهایی شدن پیکربندی تجهیزات بررسی شود.
پیکربندی چراغ و لوازم جانبی
عکس های همراه پروژه شامل قطعات فلزی قابل تنظیم، قطعات اتصال و سایر لوازم مکانیکی است.
حضور آن ها مفید است زیرا انتخاب تجهیزات یک جزئیات خرید ثانویه نیست. این موضوع بر نصب نمونه، تراز کردن، کورس در دسترس و عملکرد عملی کل سیستم آزمایش تأثیر می گذارد.
برای کاربرد جدید، آرایش گرفتن باید بر اساس نقشه نمونه، نیروی مورد انتظار و دمای آزمایش مشخص شده بررسی شود.
عکس های پروژه به تنهایی نشان نمی دهند که هر لوازم جانبی در تصویر برای کل محدوده دمایی دستگاه مناسب باشد.
مستندسازی اکستنزومتر
آرشیو پروژه همچنین شامل عکس هایی از اکستنزومتر GWB-200 و مستندات کالیبراسیون مربوطه است.
رکورد قابل مشاهده طول ۲۰ میلی متر، طبقه بندی کلاس ۰.۵، دامنه کالیبراسیون ۰ تا ۱.۰ میلی متر و دمای کالیبراسیون ۲۵ درجه سانتی گراد را مشخص می کند.
این نمونه مفیدی از مستندات مرتبط با اندازه گیری مرتبط با پروژه تجهیزات واقعی آزمایش ارائه می دهد.
با این حال، این نشان نمی دهد که عملکرد اندازه گیری اکستنزومتر در سراسر بازه های آزمایش دمای بالا و پایین تأیید شده باشد.
برای کاربردهایی که نیاز به اندازه گیری مستقیم کرنش در معرض حرارت دارند، اکستنزومتر و شرایط عملیاتی آن باید به عنوان بخشی از پیکربندی نهایی سیستم تأیید شوند.
درس عملی این پروژه ساده است: قاب بار، محفظه، چراغ ها و سیستم اندازه گیری باید با هم بازبینی شوند و به عنوان قطعات نامرتبط خریداری
نشوند.انتخاب دستگاه تست کشش مناسب در دمای بالا و پایین
یک مشخصات مفید تجهیزات از خود آزمایش شروع می شود.
قبل از انتخاب دستگاه، مهندسان باید محدوده دمایی مورد نیاز، ابعاد نمونه، نیروی کششی مورد انتظار، استاندارد مربوطه و خروجی های اندازه گیری را تعیین کنند.
این الزامات تعیین می کنند که آیا سلول بارگذاری پیشنهادی، محفظه، چراغ ها و فضای آزمایش موجود مناسب هستند یا خیر.
ITM-LAB RS-8000GDW — پیکربندی استاندارد
ITM-LAB RS-8000GDW یک دستگاه تست جهانی را با محیط آزمایش کنترل شده دما برای ارزیابی مواد خارج از دمای اتاق ترکیب می کند.
پیکربندی استانداردی که در این راهنما بحث شده، دامنه دمایی از −۴۰ درجه سانتی گراد تا +۱۵۰ درجه سانتی گراد را ارائه می دهد.
مشخصات کلیدی محصول در ادامه خلاصه شده است.
| پارامتر | RS-8000GDW |
|---|---|
| محدوده دمایی استاندارد | −۴۰ درجه سانتی گراد تا +۱۵۰ درجه سانتی گراد |
| ظرفیت های سلول بار موجود | ۵۰۰ نیوتن / ۱ کیلو نیوتن / ۲ کیلو نیوتن / ۵ کیلو نیوتن / ۱۰ کیلو نیوتن / ۲۰ کیلو نیوتن / ۵۰ کیلو نیوتن |
| وضوح بار | ۱/۵۰۰,۰۰۰ |
| دقت تجهیزات | سطح ۰.۵ |
| ضربه (به جز گرفتن ها) | ۳۰۰–۵۰۰ میلی متر، سفارشی |
| سرعت تست | ۰.۰۰۱–۵۰۰ میلی متر بر دقیقه یا ۱–۱۰۰۰ میلی متر بر دقیقه، بسته به پیکربندی |
| وضوح جابجایی | ۰.۰۱ میلی متر |
| فضای داخلی اتاق مرجع | ۳۰۰ × ۳۵۰ × ۶۰۰ میلی متر، قابل سفارشی سازی |
| انحراف دما | ±۲ درجه سانتی گراد |
مشخصات بر اساس مستندات محصول ارائه شده توسط ITM-LAB و پیکربندی دمای استاندارد تأیید شده است. عملکرد نهایی تجهیزات و شرایط عملیاتی باید با مشخصات تأییدشده پروژه تأیید شود.
برای کاربردهایی که دامنه حرارتی گسترده تری دارند، پیکربندی سفارشی تا −۷۰ درجه سانتی گراد تا +۲۵۰ درجه سانتی گراد برای بررسی مهندسی در دسترس است. این مشخصات پیش فرض ماشین استاندارد نیست.
قبل از سفارش باید چه چیزهایی را تأیید کرد؟
یک نقل قول باید ظرفیت سلول بار انتخاب شده، پیکربندی محفظه مورد نیاز، دسته های نمونه و آرایش اندازه گیری را مشخص کند.
استاندارد آزمون مورد نظر نیز باید در ارتباط با کل سیستم بازبینی شود.
برای مثال، آزمایشی که نیاز به اندازه گیری مستقیم کرنش نمونه دارد ممکن است به پیکربندی لوازم جانبی متفاوتی نسبت به آزمایش های روتین که نیرو و جابجایی سر عرضی را ثبت می کند، نیاز داشته باشد.
به همین ترتیب، هندسه نمونه و کشیدگی مورد انتظار می تواند بر کورس قابل استفاده و فضای محفظه مورد نیاز تأثیر بگذارد.
انتخاب زودهنگام این جزئیات به جلوگیری از خرید دستگاهی که مشخصات اصلی را دارد اما پیکربندی آن برای تست مورد نظر دشوار است، جلوگیری می کند.
قبل از درخواست قیمت
اگر قبلا استاندارد نمونه برداری و تست دارید، این دو سند بهترین نقطه شروع برای بحث تجهیزات هستند.
آن ها به تولیدکننده کمک می کنند تا محدوده نیروی مورد نیاز، شرایط دما، دسته ها و پیکربندی اندازه گیری را قبل از تهیه قیمت ارزیابی کند.
برای استعلام RS-8000GDW، مفیدترین اطلاعات شامل موارد زیر است:
-
نوع ماده و کاربرد مورد نظر
-
استاندارد آزمون و نسخه اجباری
-
نقشه نمونه یا ابعاد
-
حداقل و حداکثر دماهای آزمایشی
-
دامنه مورد انتظار نیروی کششی
-
سرعت آزمایش یا نرخ کرنش مورد نیاز
-
نتایج مورد نیاز، از جمله هرگونه اندازه گیری مستقیم کرنش
-
الزامات نصب و نیازهای تجهیزات سفارشی
اگر پیکربندی نهایی هنوز تعیین نشده باشد، ITM-LAB می تواند نمونه موجود و اطلاعات آزمایش را بررسی کند تا پیکربندی شروع مناسب را شناسایی کند.
سوالات متداول
- آیا یک دستگاه تست جهانی می تواند تست کششی را در دماهای پایین و بالا انجام دهد؟
بله. یک UTM می تواند آزمایش کشش کنترل شده با دما را زمانی که با محفظه محیطی، تجهیزات و سیستم اندازه گیری مناسب پیکربندی شود، انجام دهد. مناسب بودن بستگی به پیکربندی کامل و روش آزمایش مورد نیاز دارد.
- >آیا −40°C تا +150°C برای هر آزمون کشش وابسته به دما کافی است؟
نه. این محدوده دمایی استاندارد پیکربندی RS-8000GDW است که در اینجا بحث شده است. محدوده واقعی مورد نیاز باید بر اساس کاربرد، مشخصات ماده یا استاندارد آزمون تعیین شود. شرایط دمایی سخت تر ممکن است نیازمند یک سیستم سفارشی باشد.
- آیا می توان از همان دسته های کششی در دمای اتاق و دمای بالا استفاده کرد؟
نه لزوما. مواد گرفتن، مکانیزم های گیره ای، انبساط حرارتی و رفتار نمونه باید مورد توجه قرار گیرند. تناسب فیکسچر باید برای شرایط عملیاتی مورد نظر تأیید شود.
- >آیا دستگاه تست سطح ۰.۵ به طور خودکار با استانداردهای ASTM یا ISO مطابقت دارد؟
نه. دقت ماشین تنها بخشی از ارزیابی است. رعایت یک روش آزمایش خاص همچنین به آماده سازی نمونه، تجهیزات، کنترل دما، محدوده اندازه گیری تأییدشده، اندازه گیری کرنش و روش مورد نیاز بستگی دارد.
سیستم تست کشش کنترل شده با دما را با ITM-LAB پیکربندی
کنیدیک پروژه آزمایش کشش در دماهای بالا و پایین باید با ماده و روش آزمایش آغاز شود—نه صرفا حداکثر نیرو یا دمای چاپ شده در کاتالوگ ماشین.
اگر قصد دارید سیستم آزمایشی جدیدی بسازید یا آزمایشگاه موجود را ارتقا دهید، جزئیات نمونه خود، استاندارد آزمایش مورد نیاز و محدوده دمایی خود را برای ITM-LAB ارسال کنید.
تیم ما می تواند درخواست را بررسی کرده و پیکربندی مناسب RS-8000GDW شامل سلول بار، محفظه، چراغ ها و لوازم جانبی اندازه گیری را توصیه کند.
درخواست پیکربندی فنی و قیمت
