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低溫條件下金屬材料的性能會發(fā)生嚴重的變化，溫度越低，金屬材料的強度會變高，但塑性會變差，產(chǎn)生由韌變脆的現(xiàn)象，所以研究材料的低溫性能對于在低溫環(huán)境中工作的材料的選擇、失效分析安全評估都有至關重要的意義。低溫拉伸測試指樣品在-196℃ lt;10℃范圍內(nèi)金屬拉伸，測定材料的大破壞力、抗拉強度、屈服強度、伸長率和收縮率等指標。因為其需要低溫的測試環(huán)境，所以需要另外的低溫裝置。今天來給大家講解一下相關知識點。

參考標準

金屬材料低溫拉伸試驗按照GB/T13239-2006《金屬材料低溫拉伸試驗方法》進行。

測試試樣

低溫拉伸試樣尺寸如圖2-31、2-32、2-33、2-34所示，其他要求與室溫拉伸式樣相同。

試驗設備

1.萬能材料試驗機

試驗機應符合GB/于16825.1的要求，準確度級別應為1級或優(yōu)于1級，除非產(chǎn)品標準另作規(guī)定。

高低溫拉力機示意圖

 

2.引伸計

引伸計的準確度級別應符合GB/T12160的要求。測定上屈服強度、下屈服強度、規(guī)定塑性延伸強度的試驗，應使用不低于1級準確度的引伸計。測定其他具有較大延伸率的性能，例如抗拉強度及斷后伸長率，應使用不低于2級準確度的引伸計。

引伸計標距應不小于10mm,固定在試樣平行長度的中間位置并沿著中心軸的方向。應優(yōu)先采用能同時測定試樣兩側(cè)面延伸的雙面引伸計，測定屈服強度和規(guī)定強度性能時推薦 Le>L0/2 測定最大力或最大力之后的性能時推薦Le=L0，或近似等于L0。

為了使室溫的波動對引伸計讀數(shù)的影響降到最低，應防止引伸計超出冷卻裝置的任何部分受到空氣氣流的影響，盡可能保持室溫溫度的穩(wěn)定性和試驗機周圍空氣氣流的平穩(wěn)。

3.冷卻裝置

(1)一般要求

冷卻裝置應能將試樣冷卻到規(guī)定溫度，并具有保溫能力，應保證試驗溫度的穩(wěn)定性和均勻性。

冷卻方法一般有如下幾種：

1）借助冷卻裝置（低溫恒溫器）

2）借助壓縮氣體膨脹（如 CO_2 或N2）冷卻。

3）借助達到沸點時刻的液體（如液 N_2^2 或冷凍液（如酒精）的浸泡冷卻。根據(jù)試驗溫度可選用表2-23中的冷卻介質(zhì)。當操作冷卻介質(zhì)的時候，測試人員應事先采取符合相關規(guī)定的安全防范措施。避免造成人員傷害，以及對測試儀器、試樣的損壞。

(2) 溫度測量裝置

冷卻介質(zhì)或試樣的溫度用熱電偶或其他適當?shù)难b置測量，選用適當類型和等級的熱電偶對溫度測量的準確性起重要作用。

溫度測量裝置的分辨力應該達到1℃或更好，其誤差為在-40-10°C 范圍應不超過±2C℃，在 -196-40℃范圍應不超過±3℃。

(3) 允許的溫度偏差

規(guī)定溫度和指示溫度之間允許的溫度偏差不超過±3℃。試樣標距兩端溫度差的絕對值應不超過3℃。

溫度偏差的判定依據(jù)是：在試驗過程中，力至少達到測定規(guī)定塑性伸長相應的試驗力時所測定的溫度變化。

(4) 溫度測量系統(tǒng)的檢驗

溫度測量系統(tǒng)包括：傳感器和指示裝置。在工作溫度范圍的檢驗周期不宜超過90d。如果檢驗記錄顯示系統(tǒng)性能的穩(wěn)定性對測量的準確性影響很小，那么可以延長檢驗周期但不能超過一年，在檢驗報告中要記錄溫度測量系統(tǒng)的誤差。

用于檢驗溫度測量系統(tǒng)的儀器應能潮源到國家基準。

試驗內(nèi)容及結(jié)果表示

1.試樣的冷卻

試樣冷卻到規(guī)定溫度，冷卻時間的長短取決于試樣的形狀、尺寸、表面狀況、材料本身的特性、夾具的質(zhì)量及冷卻介質(zhì)的形式等。因此，通過預冷卻試驗決定冷卻的時間。

冷卻介質(zhì)為液體時，對厚度或直徑不大于5mm的試樣，保溫時間不少于5min;對厚度或直徑大于5mm的試樣，保溫時間不少于10min。

冷卻介質(zhì)為氣體時，對厚度或直徑不大于5mm的試樣，保溫時間不少于10min;對厚度或直徑大于5mm的試樣，保溫時間不少于15min。

在冷卻過程中，除非有特殊的約定，溫度不能超過規(guī)定溫度的允許偏差范圍。當試樣達到規(guī)定溫度時引伸計調(diào)零。

只有當引伸裝置達到穩(wěn)定狀態(tài)后，加力才能開始。

2.溫度的測量

在試樣平行長度部分的表面測量其溫度時，熱電偶測量端應與試樣的表面有良好的接觸。當標距小于50mm,熱電偶分別固定在平行長度部分的兩端；當標距大于或等50mm,應在平行長度的兩端及中間各固定一支熱電偶。

如果試樣浸泡在均勻的液體介質(zhì)中，可以直接在液體中測定溫度。

試驗在液氮中進行則不需要測量溫度,但要在試驗報告中記錄。

3.試驗力

試驗力的施加使試樣應變增加,應采用連續(xù)(非階梯式)的加載方式,沒有沖擊和顫動。應盡量使試樣受軸向拉力的作用,將試樣標距內(nèi)可能受到的撓度和扭矩的影響降到最小。

4. 試驗速率

除非產(chǎn)品標準另有規(guī)定,試樣平行長度內(nèi)的應變速率即為試驗速率

(1) 測定上屈服強度時的試驗速率

彈性范圍內(nèi)直至上服強度,應變速率應在0.00003-0.0003/s之間,并盡可能保持恒定,如果萬能材料試驗機不能測定或控制應變速率,可以通過控制試驗機夾頭的分離速率間接控制應力速率在6-60Pa/的范圍。

(2) 測定下屈服強度時的試驗速率

若僅測定下屈服強度,彈性范圍內(nèi)試驗速率應符合測定上屈服強度時的試驗速率的要求,在試樣平行長度內(nèi)的服階段應變速率應在0.000030.0025/之間,并盡可能保持恒定。如果不能直接調(diào)節(jié)這一應變速率,應通過調(diào)節(jié)屈服即將開始前的應力速率來調(diào)整,在屈服完成之前不再調(diào)節(jié)試驗機的控制。

(3) 同時測定上屈服強度和下屈服強度時的試驗速率

同時測定上屈服強度和下屈服強度時的試驗速率,應滿足測定下屈服強度時的試驗速率的要求。

(4)測定規(guī)定塑性延伸強度時的試驗速率包括以下內(nèi)容:

1)在彈性范圍內(nèi)的試驗速率應符合測定上屈服強度時的試驗速率的要求，

2)在塑性范圍內(nèi)直至達到規(guī)定塑性延伸強度為止,應變速率應在0.00003-

0.0025/s之間。

(5)測定抗拉強度時的試驗速率在塑性范圍內(nèi)應變速率應不超過0.008/s。如果試驗不包括服強度或規(guī)定塑性延伸強度的測定,試驗速率可以達到塑性范圍內(nèi)允許的應變速率的最大值。

5,原始橫截面積的測定

通過準確測量尺寸計算原始橫截面積,并至少保留4位有效數(shù)字,測量尺寸的偏差不超過0.5%或±0.01mm,取其中大的值測量時建議按照表2-24選用量具或測量裝置。

6.原始標距的標記

應盡量采用小標記、細畫線或細墨線標記原始標距,但不得用可能引起過早試樣斷裂的缺口作標記。

無缺口敏感性的材料允許用小刻痕作標記。

對于比例式樣,應將原始標距的計算值修約至最接近5mm的倍數(shù),中間值向最大一方修約。原始標距的標記應準確到±1%。

如果平行長度比原始標距長許多,例如不經(jīng)機加工的試樣,可以標記一系列套疊的原始標記。

有時,可以在試樣表面畫一條平行于試樣縱軸的線,并在線上標記原始標距。

7.低溫拉伸性能的測定

斷后伸長率A、規(guī)定塑性延伸強度R,、抗拉強度R、上屈服強度R、下屈服強度

R、斷面收縮率Z的測定方法均與室溫拉伸試驗時相同。

8.試驗結(jié)果數(shù)值的修約

試驗測定的性能結(jié)果數(shù)值應按照相關產(chǎn)品標準的要求進行修約。如果未規(guī)定具體要求,應按照表2-25的要求進行修約。修約的方法按照GB/T8170。