Испытание на статическое растяжение при повышенной температуре — это метод определения механических свойств материалов (прочности, пластичности) при нагреве (обычно выше 35-38°C, до 1200°C и более) в условиях контролируемого одноосного растяжения до разрушения, с целью оценки их поведения в условиях эксплуатации, включающего измерение предела текучести, временного сопротивления, удлинения, сужения, и проводится по стандартам типа ГОСТ, ASTM E21, ISO 6892-2. Отличие от испытания при комнатной температуре — использование специального нагревательного оборудования, климатических камер и специфических образцов, при сохранении методики приложения нагрузки.

Цель испытания.

• Оценка стойкости материала к высоким температурам.
• Определение параметров, которые меняются под воздействием тепла, например, снижение прочности, изменение пластичности.

Основные определяемые характеристики.

• Предел текучести (физический или условный)
• Временное сопротивление (максимальное напряжение)
• Относительное удлинение после разрыва
• Относительное сужение поперечного сечения после разрыва.

Процедура испытания.

• Подготовка образца: Изготовление образца определенной формы и размера (согласно стандартам).
• Установка в машину: Образец надежно центрируется и закрепляется в захватах испытательной машины (разрывной или универсальной).
• Нагрев: Образец помещается в специальную камеру и нагревается до заданной, точно поддерживаемой температуры.
• Нагружение: к образцу прикладывается плавно возрастающая растягивающая нагрузка до его разрушения.
• Измерение: фиксируются сила и деформация на разных этапах, включая момент разрушения.

Оборудование.

• Универсальная испытательная машина (разрывная машина).
• Нагревательное устройство (печь, камера) для создания и поддержания температуры.
• Приборы для измерения деформации, работающие при высоких температурах.

Испытание на статическое растяжение при повышенной температуре проводят на разрывной машине, помещая образец в специальную печь или камеру, где поддерживается заданная температура, и плавно нагружают его до разрушения, фиксируя деформацию и усилие для определения характеристик прочности и пластичности материала при этих условиях. Главное отличие от испытаний при комнатной температуре — использование нагревательного оборудования и точный контроль температуры образца с помощью термопар или пирометров.

Ключевые этапы и оборудование.

• Подготовка образца: изготавливают образцы специальной формы (цилиндрической или плоской с рабочей зоной) согласно стандартам (например, ГОСТ 1497-84 или ASTM E21).
• Установка в машину: Образец закрепляют в захватах универсальной разрывной машины, оборудованной нагревательной камерой.
• Нагрев: Образец нагревают до заданной температуры (например, от 35°C до 1200°C) и выдерживают до выравнивания температуры по всей рабочей длине.
• Контроль температуры: Температуру рабочей зоны измеряют термопарами (контактно) или пирометрами (бесконтактно), обеспечивая равномерность распределения.
• Нагружение: к образцу прикладывают растягивающую нагрузку с постоянной (малой) скоростью перемещения захватов до разрушения.
• Регистрация данных: автоматически записывают диаграмму «напряжение-деформация» (сило-диаграмму) для определения:

- Предела текучести (физического/условного)
- Временного сопротивления
- Относительного удлинения
- Относительного сужения

• Результат: Полученные данные сравнивают с результатами испытаний при комнатной температуре, чтобы оценить, как температура влияет на механические свойства материала.

Особенности.

• Термостабилизация: критически важно, чтобы температура образца была стабильной и равномерной в зоне измерения деформации.
• Аппаратура: требуется специализированное оборудование, позволяющее создавать и контролировать заданный температурный режим.

Испытание на статическое растяжение при повышенной температуре позволяет измерить ключевые характеристики прочности, пластичности и упругости материала, такие как временное сопротивление разрыву, пределы текучести (физический/условный), относительное удлинение и относительное сужение образца, а также модуль упругости. Эти параметры показывают, как температура влияет на способность материала сопротивляться нагрузке, деформироваться и разрушаться в условиях высоких температур, что важно для оценки его надежности в реальной эксплуатации.

Основные измеряемые параметры.

• Предел текучести или физический: напряжение, при котором начинается значительная пластическая деформация (обычно 0,2%), при повышенной температуре, показывая, насколько материал "размягчается".
• Временное сопротивление разрыву (предел прочности): Максимальное напряжение, которое материал выдерживает до разрушения, с учетом влияния температуры.
• Относительное удлинение после разрыва: процентное увеличение длины образца после разрыва, характеризует пластичность при повышенной температуре.
• Относительное сужение (сужение сечения): Процентное уменьшение площади поперечного сечения в месте разрыва, также показатель пластичности.
• Модуль упругости (модуль Юнга): Отношение напряжения к деформации в упругой области, показывает изменение жесткости материала при нагреве.

Что это дает: определение, как тепловые режимы эксплуатации влияют на механические свойства конструкционных материалов, что критично для проектирования. Оценка термостойкости и долговечности материалов. Получение данных для прочностных расчетов в условиях высоких температур.

Испытание на статическое растяжение при повышенной температуре позволяет оценить, как материал ведет себя в реальных условиях эксплуатации, определяя его прочность, пластичность (предел текучести, временное сопротивление, удлинение) в жаре, что критично для авиации, энергетики и машиностроения, обеспечивая безопасность и надежность конструкций, работающих в горячих средах, и выявляя ползучесть (медленную деформацию).

Преимущества.

• Моделирование реальных условий: имитирует рабочие температуры деталей турбин, двигателей, котлов, трубопроводов.
• Оценка долговечности: выявляет склонность к ползучести — медленной пластической деформации под постоянной нагрузкой, что важно для прогнозирования срока службы.
• Определение характеристик прочности: Получение данных о временном сопротивлении разрыву, пределе текучести и пластичности при высоких температурах, которые сильно отличаются от комнатных.
• Понимание механизмов разрушения: помогает понять, как температура влияет на микроструктуру материала и его способность сопротивляться разрушению.
• Выбор материалов: позволяет выбрать сплавы, подходящие для высокотемпературных применений (например, жаропрочные стали, суперсплавы).

Что определяется.

• Предел текучести: Температура снижает этот показатель.
• Временное сопротивление: может как снижаться, так и повышаться в определенном диапазоне температур.
• Относительное удлинение и сужение: показывают пластичность, которая часто растет с температурой.
• Ползучесть: Скорость деформации образца с течением времени под постоянной нагрузкой.

Таким образом, испытание на растяжение при повышенной температуре — ключевой метод для обеспечения надежности и долговечности конструкций, эксплуатируемых в условиях высоких температур.