Применение металлов при пониженных температурах.
Прочность конструкций из сталей и металлических сплавов обуславливает их востребованность с целью эксплуатации в условиях низких температур. При показаниях термометров "ниже ноля" работает транспорт, служат мосты, трубопроводы, эстакады, телевышки, резервуары и ряд других изделий в северных и приравненных к северу регионах РФ. Космические аппараты и спутники в металлических корпусах курсируют в пространстве со сверхнизкими термодинамическими характеристиками.
Воздействие низких и сверхнизких температур способствует переходу сталей, сплавов, цветных металлов в хрупкое состояние. Чтобы определить температурные пределы, при которых происходит хрупкое разрушение, проводят испытания материалов с предварительным охлаждением. Исследования необходимы, чтобы выяснить, при каких температурах следует ограничить или запретить эксплуатацию.
Изучение поведения металлов при низких температурах.
Для проведения испытаний пластичности и прочностных характеристик металлов в условиях с пониженными температурами образцы помещают в криокамеру или в сосуд с жидким хладагентом. В технических системах температура регулируется переключателем с термостатом, в сосуде ее поддерживают путем периодического добавления органического или неорганического охлаждающего вещества.
Исследование хрупкого разрушения металлов производится не менее шести раз в температурном диапазоне от 0º до -100º С. Стандартный шаг между опробованиями -20º С. Если требуется определить значение, при котором происходит хрупкое разрушение, с высокой точностью, интервал сокращают до 10º С. В зависимости от размеров образцов охлаждение продолжается от 10 до 15 минут.
Варианты испытаний физико-механических характеристик металлов при минусовых температурах:
Оборудование для проведения испытаний на разрыв должно обеспечивать равномерную подачу холода на металлический образец. Крепление вырезанного из изделия сегмента или специально изготовленного аналога производится с применением оснасток, изготовленных из материалов с высокой теплопроводностью. Захватывающие приспособления должны создавать надежное центрирование.
Для изучения ударной вязкости при низких температурах образцы слегка переохлаждают, так как при переносе в аппарат металл успевает немного прогреться.
Аппараты и приспособления для исследований.
Требования к оборудованию и приспособлениям, которые нужны для изучения изменения физико-механических параметров металлов при охлаждении, изложены в документах ГОСТ 9454-78 и ГОСТ 11150-84.
Основные типы оборудования:
- Универсальная испытательная машина с СТИ. Оборудование в комплекте с криостатом предназначена для детального изучения свойств материалов при охлаждении и при воздействии экстремальных температур. Машина предоставляет возможность настраивать температурный режим с максимальной точностью и равномерно охлаждать металлический образец.
- Копер. Маятниковое устройство воспроизводит ударную нагрузку, действующую на металлоконструкции и изделия при низких температурах. Исследования на устройстве позволяют получать точные значения об ударной вязкости охлажденного образца, оценивать изменения в структуре и способности противостоять ударам.
- Захваты. Конструктивно продуманные приспособления исключают высвобождение, проворачивание, смещение испытуемых образцов в период приложения нагрузки. Применение захватов ускоряет и облегчает позиционирование изделий, независимо от геометрических размеров.
- Камера охлаждения. Оборудование снабжено электронным модулем управления, с помощью которого можно варьировать и контролировать условия в рабочем пространстве.
Технические устройства и приспособления для проведения испытаний предлагает компания "ГОСТ", сотрудники которой окажут компетентную помощь в выборе оборудования.
