Испытательная машина для высокотемпературного натяжения основана на микромашинном управлении электронной универсальной испытательной машиной, Интегрированная высокотемпературная нагревательная установка, система управления температурой и система измерения высокотемпературной деформации, Она может точно получать ключевые механические показатели характеристик материала, такие как модуль упругости, прочность на текучесть, прочность на растяжение, удлинение после сечения, сужение сечения и т.д., при реальных условиях высокотемпературного обслуживания аналогового материала (например, лопасти двигателя, ядерные энергетические трубопроводы, конструкция тепловой защиты космического аппарата и т. Д.

Обзор оборудования и основные функции

Основная миссия: раскрыть закон поведения материала от напряжения - деформации при комнатной температуре до сверхвысокой температуры.

Принцип работы: его основной принцип работы согласуется с испытательной машиной на растяжение при комнатной температуре, то есть на стандартизированный образец (обычно стержневой или пластинчатой) накладывается осевая нагрузка на растяжение до тех пор, пока он не уступит, не усилится или даже не сломается. Основное различие заключается в том, что весь процесс тестирования проходит в высокотемпературной среде с точным контролем.

Основные функции:

Испытание высокотемпературных механических свойств: точные измерения прочности и пластичности материала при высоких температурах.

Тест на ползучесть и долговечность (имеется на некоторых моделях): при постоянной высокой температуре и постоянной нагрузке проверяется поведение ползучести материала, медленно деформирующегося со временем, или длительный срок службы до разрушения.

Испытание на релаксацию напряжений (имеется у некоторых моделей): сохранять общую деформацию образца неизменной и измерять поведение его внутреннего напряжения, которое постепенно распадается со временем.

II. ОСНОВНАЯ СТРУКТУРА И СОСТАВ

Полная высокотемпературная машина для испытания на растяжение представляет собой сложную систему, состоящую в основном из следующих частей:

1. Загрузка рамок (хост):

Предоставление источника силы для применения растягивающей нагрузки. Конструкция шариковых винтов обычно используется с сервомотором для обеспечения плавности загрузки, точности и гибкости управления. Рамка должна обладать сверхвысокой жесткостью и стабильностью, чтобы минимизировать системные ошибки.

2. Система высокотемпературной печи (основной модуль):

Это « сердце» высокотемпературной испытательной машины, предназначенной для обеспечения однородной, стабильной и точной высокотемпературной среды для образца. Существуют два основных типа:

Сопротивление печи: наиболее распространенная форма. В качестве нагревательного элемента используются высокопроизводительные термогенераторы сопротивления (например, стержни MoSinenenebk кремний - молибден, проволока Kanthal из хрома - алюминия), которые регулируют мощность с помощью прецизионного PID - контроллера для достижения точного контроля температуры. Внутри печи обычно используется многослойный металлический радиационный экран или изоляция из керамического волокна для достижения высокотемпературной равномерной зоны и энергосбережения.

индукционная нагревательная печь: использование принципа электромагнитной индукции для создания вихревых токов внутри образца, которые нагревают образец непосредственно. Преимущество заключается в том, что скорость нагрева чрезвычайно высока, тепловая инерция мала, но есть требования к форме образца и материалу, контроль однородности температуры сложнее.

В центре печи находится зона усреднения температуры, колебания температуры в которой должны строго контролироваться в рамках стандартных требований, а рабочая длина образца должна находиться в этой зоне.

3. Системы измерения и контроля температуры:

Термометрические элементы: обычно используются платинородиевые термопары типа S или R, из - за их высокой точности и хорошей стабильности, подходящие для высокотемпературной среды. Термопара должна находиться в тесном контакте с интервалом шкалы образца для непосредственного измерения температуры образца.

Система управления температурой: использование многоступенчатого PID - интеллектуального алгоритма управления для регулирования выходной мощности нагревательного элемента в режиме реального времени на основе сигнала обратной связи термопары для обеспечения стабильности и точности температуры на протяжении всего испытания.

4. Система измерения деформации - экстензометр:

Это ключ к получению точных пластических данных. Высокотемпературная среда создает высокие проблемы для измерения деформации.

Контактный вытяжной измеритель: обычно используется двухручная конструкция с лезвием, которое мягко удерживается на образце пружинным усилием. Его основная трудность заключается в том, что он должен быть изготовлен из высокотемпературных материалов (таких как керамические лезвия, рукава из сплава Инкон - никель) и может защитить свои внутренние деформационные и электронные компоненты через систему водяного охлаждения.

Бесконтактный видеоэкстрактор: технология, которая быстро развивается в последние годы. Предварительные высокотемпературные точки маркировки на образце наблюдаются с помощью высокотемпературных зеркал, а деформация рассчитывается с помощью алгоритма изображения. Преимущество заключается в том, что он бесконтактен и избегает воздействия контактной силы на испытания мягких материалов, особенно при сверхвысоких температурах или суровых условиях.

Системы сбора и контроля данных:

Современные высокотемпературные тяговые испытательные машины управляются компьютером с помощью специального программного обеспечения. Программное обеспечение отвечает за:

Установите и контролируйте испытательную температуру, скорость загрузки или скорость передачи.

В режиме реального времени собираются нагрузки, смещения, деформации (от экстензометра) и температурные сигналы.

Показывать кривую напряжения - деформации в реальном времени и автоматически вычислять и анализировать все параметры механических свойств после окончания испытания, чтобы получить отчет об испытании.

III. Основные технические проблемы и решения

1. Температурная однородность: обеспечение равномерной высоты температуры в пределах расстояния между образцами является необходимым условием для получения достоверных данных. Решается с помощью оптимизированной конструкции корпуса печи, многозонного независимого контроля температуры и высокоэффективных изоляционных материалов.

2. Нейтральность образца по отношению к приспособлению: любой крошечный эксцентриситет создает дополнительный изгибающий момент, который приводит к неточности результатов испытаний. Для обеспечения чистого осевого растяжения необходимо использовать карданный или сферический подшипник.

3. Высокотемпературное окисление и загрязнение: многие металлы сильно окисляются при высоких температурах, что приводит к ухудшению свойств. Решение состоит в том, чтобы ввести в печь инертный защитный газ (например, аргон высокой чистоты) или вакуум, чтобы изолировать кислород.

4. Точность и надежность экстензометра. Стабильное удержание контактного экстензометра при высоких температурах и стабильность сигнала являются техническими трудностями. Бесконтактный видеоэкстрактор - это будущее направление развития.

IV. Основные области применения

1. Аэрокосмическая деятельность: проверка характеристик лопастей турбины двигателя, материалов камеры сгорания, сверхпрочной стали и титановых сплавов при высоких температурах.

2. Энергетическая энергия: оценка долговечности и ползучести теплостойкой стали, трубопроводов и компонентов на основе никеля для тепловых электростанций, атомных электростанций.

3. Автомобильная промышленность: разработка и проверка материалов для выхлопных систем двигателей и компонентов турбокомпрессоров.

4. Исследования в области материаловедения: разработка новых высокотемпературных сплавов, межметаллических соединений, композиционных материалов на керамической основе (CMC) и углеродно - углеродных композиционных материалов.

5.Металлургия и производство: контроль качества, проверка технологических эффектов термообработки, оценка высокотемпературных свойств сварных соединений.

V. РЕЗЮМЕ

Испытательная машина для высокотемпературного натяжения является одним из самых технических устройств в области тестирования материалов, она объединяет точные машины, высокотемпературное нагревание, точное измерение и управление и современное программное обеспечение. Его тестовые данные являются « золотым стандартом» для оценки надежности материалов для обслуживания в условиях термо - силовой связи. По мере того, как новые материалы продвигаются к более высоким температурам и более суровым экологическим применениям, также предъявляются более высокие требования к температурному потолку, точности управления и испытательной способности высокотемпературной испытательной машины, что продолжает способствовать непрерывному прогрессу этой технологии.