【干貨】材料拉伸測試中的常見錯(cuò)誤,你了解多少?
作為材料力學(xué)性能測試的重要環(huán)節(jié),拉伸測試在工業(yè)制造、材料研發(fā)等領(lǐng)域都占據(jù)著重要地位。然而,一些常見的錯(cuò)誤會(huì)對(duì)測試結(jié)果準(zhǔn)確性產(chǎn)生巨大影響,這些細(xì)節(jié)你都注意到了嗎?
力傳感器是拉伸測試中的關(guān)鍵組成部分,正確選擇力傳感器至關(guān)重要。一些常見錯(cuò)誤包括:未校準(zhǔn)力傳感器、使用不適當(dāng)量程的力傳感器、力傳感器老化導(dǎo)致失效等。
根據(jù)試樣選擇最合適的力傳感器需要考慮以下因素:
1. 力傳感器量程
基于您測試樣品所需結(jié)果的最大和最小力值確定所需力傳感器量程。如塑料樣品,既要測拉伸強(qiáng)度,又要測模量,就要綜合考慮這兩個(gè)結(jié)果所處力值范圍來選擇合適的力傳感器。
2. 精度及精度范圍
力傳感器的精度等級(jí)常見的有 0.5 級(jí)和 1 級(jí)。以 0.5 級(jí)為例,通常是指測量系統(tǒng)允許的最大誤差在示值的 ±0.5% 范圍內(nèi),而不是滿量程的 ±0.5%,區(qū)分這一點(diǎn)很重要。
如 100N 力傳感器,在測量 1N 力值時(shí),示值的 ±0.5% 就是 ±0.005N 誤差,而滿量程的 ±0.5% 則是 ±0.5N 誤差。
有了精度,并不代表整個(gè)量程全都是一個(gè)精度,一定是有下限的,這時(shí)候就要看精度范圍。
以不同的 Instron 試驗(yàn)系統(tǒng)為例,6800 系列的力傳感器可以從滿量程到滿量程的 1/1000 滿足 0.5 級(jí)精度。
夾具是連接力傳感器和試樣的媒介。如何選擇夾具將直接影響到拉伸測試的準(zhǔn)確性和可靠性。從測試表觀現(xiàn)象看,使用不合適的夾具或錯(cuò)誤的操作出現(xiàn)的主要問題是打滑或斷鉗口。
試樣打滑的顯著表現(xiàn)是試樣從夾具中脫出或曲線異常的力值波動(dòng)。另外也可以通過測試前在接近夾持位置劃線標(biāo)記,看標(biāo)記線是否有遠(yuǎn)離夾面,或試樣夾持位置齒痕是否出現(xiàn)拖痕來判斷。
判斷試樣是否打滑的兩種檢測方式
發(fā)現(xiàn)打滑時(shí),先確認(rèn)夾持試樣時(shí)手動(dòng)夾具是否擰緊,氣動(dòng)夾具氣壓是否足夠大,試樣夾持長度是否足夠。
在操作沒有問題的情況下,考慮夾具或夾面選擇是否合適。例如金屬板材應(yīng)采用鋸齒夾面而不是光滑的夾面測試,具有大變形量的橡膠采用自鎖緊或氣動(dòng)夾具而不是手動(dòng)平推夾具。
試樣斷鉗口,顧名思義,就是斷在夾持處。與打滑類似,需確認(rèn)對(duì)試樣的夾持壓力是否過大,夾具或夾面選擇是否合適等。
例如,進(jìn)行繩線拉伸測試時(shí),氣壓過大會(huì)導(dǎo)致斷在鉗口處,導(dǎo)致強(qiáng)度和伸長率偏低;薄膜測試,應(yīng)當(dāng)使用橡膠涂層夾面或線接觸夾面,而不是鋸齒夾面,以免損傷試樣,導(dǎo)致薄膜過早失效。
載荷鏈的對(duì)中度可以簡單理解為力傳感器、夾具、轉(zhuǎn)接頭和試樣的中心線是否在一條直線上。在拉伸測試中,如果載荷鏈的對(duì)中度性不好,會(huì)導(dǎo)致測試樣品在加載過程中受到額外的偏斜力,受力不均勻,影響測試結(jié)果的真實(shí)性。
載荷鏈對(duì)中狀態(tài)(左一:良好的對(duì)中度;右二:載荷鏈不在一個(gè)軸線上,試樣彎曲)
試驗(yàn)開始前,應(yīng)先檢查并調(diào)整除試樣以外的載荷鏈對(duì)中性。之后每次夾持試樣時(shí),注意試樣幾何中心與載荷鏈的加載軸線的一致性。可選擇與試樣夾持寬度接近的夾面寬度,或安裝試樣對(duì)中裝置,以便定位與提高夾持重復(fù)性。
試樣夾持狀態(tài)
(左:試樣夾偏;右:試樣幾何中心與載荷鏈的加載軸線的一致性)
試樣寬度與夾面寬度接近的夾持狀態(tài)
采用試樣對(duì)中裝置進(jìn)行試樣定位夾持
材料在拉伸測試過程中會(huì)發(fā)生變形,應(yīng)變(變形量)測量常見的錯(cuò)誤包括應(yīng)變測量源選擇錯(cuò)誤、選擇不適當(dāng)?shù)囊煊?jì)、引伸計(jì)安裝不當(dāng)、校準(zhǔn)不準(zhǔn)確等。
應(yīng)變源的選擇要基于試樣的幾何尺寸、變形量、所需測試結(jié)果。
比如要測塑料和金屬的模量,采用橫梁位移測量會(huì)導(dǎo)致模量結(jié)果偏低,這時(shí)需要兼顧試樣標(biāo)距,所需行程選擇合適的引伸計(jì)。
對(duì)于長條形箔材、繩線等試樣,則可采用橫梁位移測量其伸長率。不論是采用橫梁還是引伸計(jì),在進(jìn)行拉伸測試前,確保機(jī)架和引伸計(jì)經(jīng)過計(jì)量非常重要。
同時(shí),也要確保引伸計(jì)的正確安裝。不宜太松,導(dǎo)致測試過程中引伸計(jì)打滑,或太緊,導(dǎo)致試樣斷在引伸計(jì)刀口處。
數(shù)據(jù)采樣頻率往往會(huì)被忽略。采樣頻率低,可能導(dǎo)致關(guān)鍵的測試數(shù)據(jù)丟失,影響結(jié)果的真實(shí)性,如未采集到真正的最大力,導(dǎo)致最大力結(jié)果偏低。采樣頻率過高,則會(huì)過度采樣,造成數(shù)據(jù)冗余。
根據(jù)測試需求和材料特性選擇合適的采樣頻率。一般規(guī)則為采用 50Hz 采樣頻率。但對(duì)于快速變化的值,應(yīng)采用更高的采樣頻率記錄數(shù)據(jù)。
不同采樣頻率的測試曲線
(左:低采樣頻率;右:高采樣頻率)
尺寸測量錯(cuò)誤包括不測量實(shí)際試樣尺寸、測量位置錯(cuò)誤、測量工具錯(cuò)誤和尺寸輸入錯(cuò)誤等。
做測試時(shí),不應(yīng)直接采用標(biāo)準(zhǔn)試樣尺寸,而是實(shí)際測量,否則可能導(dǎo)致應(yīng)力偏低或偏高。
不同的試樣類型和尺寸范圍,對(duì)尺寸測量裝置的試驗(yàn)接觸壓力和精度要求不同。
一個(gè)試樣往往要測量多個(gè)位置的尺寸進(jìn)行平均或取最小值,在記錄、計(jì)算和輸入過程需多加注意,避免出錯(cuò)。建議采用自動(dòng)尺寸測量裝置,測量的尺寸自動(dòng)輸入軟件并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算,避免操作錯(cuò)誤的同時(shí),提高測試效率。
自動(dòng)尺寸測量裝置
硬件沒問題,不代表最終的結(jié)果就是對(duì)的。各類材料的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)測試結(jié)果會(huì)有具體的定義和試驗(yàn)說明。
軟件中的設(shè)置應(yīng)基于這些定義和測試流程說明進(jìn)行,如預(yù)加載,測試速率,計(jì)算類型的選擇和具體參數(shù)設(shè)定等。
除了以上和試驗(yàn)系統(tǒng)相關(guān)的常見錯(cuò)誤,試樣制備、測試環(huán)境等也對(duì)拉伸測試有重要影響,需予以重視。
關(guān)注細(xì)節(jié),才能更準(zhǔn)確地獲取材料的力學(xué)性能數(shù)據(jù),為工業(yè)制造和科研提供可靠的支持。您還有哪些關(guān)于拉伸測試的問題或經(jīng)驗(yàn)分享,歡迎在文末留言。
相關(guān)產(chǎn)品
免責(zé)聲明
- 凡本網(wǎng)注明“來源:化工儀器網(wǎng)”的所有作品,均為浙江興旺寶明通網(wǎng)絡(luò)有限公司-化工儀器網(wǎng)合法擁有版權(quán)或有權(quán)使用的作品,未經(jīng)本網(wǎng)授權(quán)不得轉(zhuǎn)載、摘編或利用其它方式使用上述作品。已經(jīng)本網(wǎng)授權(quán)使用作品的,應(yīng)在授權(quán)范圍內(nèi)使用,并注明“來源:化工儀器網(wǎng)”。違反上述聲明者,本網(wǎng)將追究其相關(guān)法律責(zé)任。
- 本網(wǎng)轉(zhuǎn)載并注明自其他來源(非化工儀器網(wǎng))的作品,目的在于傳遞更多信息,并不代表本網(wǎng)贊同其觀點(diǎn)和對(duì)其真實(shí)性負(fù)責(zé),不承擔(dān)此類作品侵權(quán)行為的直接責(zé)任及連帶責(zé)任。其他媒體、網(wǎng)站或個(gè)人從本網(wǎng)轉(zhuǎn)載時(shí),必須保留本網(wǎng)注明的作品第一來源,并自負(fù)版權(quán)等法律責(zé)任。
- 如涉及作品內(nèi)容、版權(quán)等問題,請?jiān)谧髌钒l(fā)表之日起一周內(nèi)與本網(wǎng)聯(lián)系,否則視為放棄相關(guān)權(quán)利。