Напряженно-деформированные характеристики алюминия

Испытание алюминия на растяжение

Цель этого эксперимента:

1. Познакомить студентов со стандартным лабораторным испытанием для определения свойств металлических материалов при растяжении в любой форме (ASTM E8),
2. Для сравнения свойств широко используемых конструкционных металлических материалов (конструкционная сталь и алюминий), а также
3. Сравнить испытуемые свойства металлов с опубликованными значениями.

Предполагается, что имеется универсальная испытательная машина (UTM) с контролем деформаций и соответствующими возможностями тестирования и сбора данных. Следуйте пошаговым инструкциям по проведению испытаний на растяжение, предоставленным производителем UTM, уделяя особое внимание рекомендациям по технике безопасности. Не продолжайте, если вы не уверены в каком-либо шаге; Уточните любые сомнения у преподавателя лаборатории, так как вы можете серьезно травмировать себя или окружающих, если не будете соблюдать надлежащие меры предосторожности. Также убедитесь, что вы знаете все процедуры аварийной остановки и знакомы с программным обеспечением, на котором работает машина.

Приведенная ниже процедура является общей и предназначена для охвата наиболее важных этапов; От него могут быть существенные отклонения в зависимости от имеющегося оборудования.

1. Подготовьте образец:

1. Получите цилиндрический испытательный образец для обычного алюминия, такого как 6061T6.
2. Измерьте диаметр испытуемого образца с точностью до 0,002 дюйма. В нескольких местах ближе к середине с помощью штангенциркуля.
3. Крепко держите образец и отметьте напильником примерно 2 дюйма. длина калибра. Примечание: Тщательно отметьте длину измерителя, чтобы она была четко вытравлена, но не настолько глубоко, чтобы не образовалась концентрация напряжения, которая может привести к разрушению.
4. Измерьте фактическую промаркированную длину с точностью до 0,002 дюйма. с помощью штангенциркуля.
5. Если возможно, установите продольный тензометр, как описано в видео JoVE в разделе «Константы материала».
6. Соберите всю доступную информацию о данных калибровки и разрешении всех используемых приборов, чтобы помочь оценить потенциальные экспериментальные ошибки и доверительные пределы. Эти два вопроса являются ключевыми для получения значимых результатов, но выходят за рамки того, что здесь обсуждается.

2. Проверьте образец:

Включите тестовый станок и инициализируйте программное обеспечение. Убедитесь, что вы настроили все подходящие возможности построения графиков и сбора данных в программном обеспечении. Как минимум, вы должны отображать кривую зависимости напряжения от деформации и иметь дисплеи для нагрузки и деформации.

1. Выберите подходящую процедуру тестирования в программном обеспечении, совместимую с протоколом тестирования ASTM E8. Обратите внимание на используемую скорость деформации и на то, используются ли две скорости, одна для упругого диапазона и одна для неупругого диапазона. Установите все соответствующие действия в программном обеспечении (например, чтобы машина остановилась при 5% нагрузке, чтобы вы могли безопасно снять экстензометр и сохранить максимальное значение нагрузки, которое достигается).
2. Вручную поднимите траверсу так, чтобы образец по всей длине легко помещался между захватами. Осторожно вставьте образец в верхние захваты примерно на 80 % глубины захвата; Выровняйте образец внутри захватов и слегка затяните, чтобы образец не упал. Примечание: НЕ затягивайте хват до полного давления на этом этапе.
3. Медленно опустите верхнюю траверсу. Когда образец окажется в пределах примерно 80% глубины нижнего захвата, убедитесь, что образец правильно выровнен в пределах нижних захватов (т. е. когда нижние захваты находятся в полностью открытом положении, образец должен «плавать» в середине отверстия нижнего захвата). Перекос образца, который приведет к дополнительным напряжениям при изгибе и скручивании во время испытания, является одной из наиболее распространенных ошибок, возникающих при проведении испытаний на растяжение. Если выравнивание самого инструмента плохое, обратитесь к специалисту, чтобы правильно выровнять рукоятки.
4. Прикладывайте соответствующее боковое давление к образцу через захваты, чтобы не допустить соскальзывания во время испытания. Примечание: В этом месте будет небольшая осевая нагрузка, так как в процессе затяжки в образец вводится предварительная нагрузка; На испытательных машинах могут быть внесены программные корректировки для минимизации этой предварительной нагрузки. Запишите значение предварительной нагрузки.
5. Надежно прикрепите электронный экстензометр к образцу в соответствии со спецификацией производителя. Примечание: Лезвия экстензометра не обязательно должны располагаться точно по измерительным меткам на образце, а должны быть расположены примерно по центру образца.
6. Внимательно проверьте, правильно ли вы выполнили все процедуры до этого момента; Если возможно, попросите супервайзера проверить, готов ли образец к тестированию.
7. Начните нагружение, чтобы начать приложение растягивающей нагрузки к образцу и наблюдать за считыванием приложенной нагрузки на дисплее компьютера в реальном времени. Примечание: Если измеренная нагрузка не увеличивается, образец проскальзывает через захваты и его необходимо снова прикрепить. В этом случае остановите тест и начните эксперимент заново с шага 2.3.
8. Иногда перед выходом образца из строя испытание автоматически приостанавливается без выгрузки образца (шаг 2.7). На этом этапе снимите экстензометр. Если образцы сломаются вместе с установленным экстензометром, вы уничтожите экстензометр, а это очень дорогое оборудование.
9. Возобновите применение растягивающей нагрузки до отказа. При достижении максимальной нагрузки измеренные нагрузки начнут снижаться. На этом этапе образец начинает сужаться, и окончательный перелом должен произойти в этой области шейки за счет пластичного или полупластичного разрыва.
10. После окончания испытания поднимите траверсу, ослабьте верхние захваты и вытащите сломанный кусок образца из верхнего захвата. Как только верхняя половина образца будет удалена, ослабьте нижнюю рукоятку и снимите вторую половину образца.
11. Запишите значение при максимальной растягивающей нагрузке и распечатайте копию кривой зависимости деформации от напряжения. Сохраните записанные данные в цифровом виде на жестком диске и по крайней мере на одном съемном носителе.
12. Тщательно подогнайте концы сломанного образца друг к другу и измерьте расстояние между измерительными метками с точностью до 0,002 дюйма. Запишите итоговую длину калибра.
13. Измерьте диаметр образца в наименьшем поперечном сечении с точностью до 0,002 дюйма.
14. Задокументируйте сломанный образец с помощью фотографий и схем.

3. Анализ данных

1. Используя данные из таблицы 1, рассчитайте процент удлинения и уменьшения площади для каждого типа металлического материала.
   удлинение = = 8,6%
   уменьшение площади = = 36,5%
2. Опишите, категоризируйте и запишите преобладающий режим разрушения для каждого образца.
3. Определите свойства материала, как описано в видеоролике JoVE "Напряженно-деформированные характеристики сталей". Систематизируйте данные в таблице таким образом, чтобы тензометр выдавал деформацию до 0,004, а экстензометр — от 0,004 до 0,05 (верхний предел для экстензометра — это величина деформации, при которой он был снят с испытания; эта величина изменяется в зависимости от деформационной способности образца). Используйте смещение траверсы и %относительное удлинение для оценки предельной деформации. Если тензометрический датчик не используется, обязательно откорректируйте любое начальное проскальзывание экстензометра. На графике можно посчитать квадраты, чтобы получить ударную вязкость (площадь под кривой зависимости напряжения-деформации).
4. Используя учебник или другой подходящий справочник, определите модуль упругости, предел текучести и предел прочности используемых материалов. Сравните опубликованные значения с результатами теста.