ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Методика испытаний при низких температурах из "Прочность и пластичность конструкционных материалов при низких температурах Справочное пособие " Испытания на статическое растяжение образцов в условиях низких температур проводятся как на обычных машинах, снабженных необходимыми приспособлениями, так и на специальных, предназначенных исключительно для этой цели испытательных установках. При этом испытательные машины снабжаются устройствами, обеспечивающими охлаждение образца, поддержание необходимой температуры на заданном уровне и т. п. Методика испытаний зависит от заданной температуры и имеет существенные различия для определенных интервалов температур. Большие трудности представляют испытания при температурах, близких к температуре жидкого водорода и гелия. Ниже рассматриваются наиболее широко применяемые в настоящее время методы механических испытаний материалов в широком диапазоне низких температур с использованием образцов стандартных размеров, которые могут быть рекомендованы для таких исследований. Для оценки поведения материалов в условиях низких температур могут быть рекомендованы следующие формы образцов, приведенные на рис. 1. [c.6] Испытания на растяжение при температурах до 77° К не представляют каких-либо затруднений в отношении аппаратуры и хладоагентов и широко применяются в настоящее время. При этом нет необходимости в использовании специальных машин. Существуют различные двухстенные приспособления — сосуды, устанавливаемые на обычные машины для статических испытаний они позволяют поддерживать заданную температуру образца с достаточной точностью. [c.6] Температура образца контролируется при помощи хромель-копелевой термопары 5 и милливольтметра 6 с предварительной градуировкой. Нулевой спай термопары помещается в сосуд Дьюара 7 с тающим льдом. [c.8] На рис. 4 показан сосуд с реверсором 1 внутри для испытания малых образцов (типа Гагарина). Текстолитовая прокладка 2 служит для лучшей теплоизоляции. [c.9] Хладоноситель из запасного резервуара в обменный подается циркуляционным насосом 9. Этот насос управляется термостатами, встроенными в камеру охлаждения (на схеме не показано), поэтому температура жидкости в рабочей камере автоматически поддерживается постоянной. Насос 9 и мешалка 10 включаются в работу одновременно механизмом 11. Мешалка 10 обеспечивает одинаковую температуру во всех точках камеры охлаждения, а следовательно, и по всей длине образца. Аппарат снабжен хорошей изоляцией 8 и поэтому расход хладоиосителя невелик. [c.9] Имеются также установки для испытания на растяжение в любом интервале температур от 273 до 77° К, где в качестве охладителя используются пары жидкого азота. В таких установках нет необходимости применения охлаждающих смесей (жидкостей). [c.10] На рис. 6, а приведена схема установки, разработанной Е. т. Уэсселом [45], которая состоит из трех основных функциональных узлов охладительного устройства и системы питания, системы регулировки подачи охладителя и испытательной камеры. На рис. 6, б приведена схема испытательной камеры. [c.10] Испытательная камера 11 состоит из сосуда с двойными медными стенками 15 и малого внутреннего сосуда 16, как чехол окружающего образец 23, закрепленный между верхней 12 и нижней 13 траверсами машины через захваты 20 и 21. Промежуток между двойными стенками заполняется стекловатой 17, а наружный сосуд обшивается листовым войлоком 24 толщиной около 20 мм. Деревянная крышка 18 препятствует притоку тепла конвекцией из воздуха. Чехол обеспечивает ограниченное и устойчивое влияние паров охладителя, непосредственно окружающих испытуемый образец 23. Охладитель в виде паров азота заполняет испытательную камеру через спиральную трубку 19, намотанную вокруг головки верхнего захвата 20. Спиральная трубка, изготовленная из экранированной светлой меди, имеет отверстия в нижней части, что устраняет какую-либо возможность каплеобразо-вания на поверхности образца при скорости истечения и температуре, допускающей перелив жидкости в испытательную камеру. Помимо распределения холодных паров, спираль предохраняет образец от нагрева при подводе тепла к образцу через верхний захват. Выходящие из донных отверстий спирали холодные пары жидкого азота протекают по поверхности образца к нижнему захвату 21, охлаждают образец и затем устраняют приток тепла от нижнего захвата. Малый внутренний сосуд 16 способствует стабилизации температуры образца. Сосуд 16 при помощи кольца 22 крепится к верхнему захвату 20. Холодные пары из испытательной камеры удаляются через слегка увеличенное отверстие в крышке, где проходит верхний захват, также значительно уменьшая приток тепла. В результате такого направленного течения паров головки верхнего и нижнего захватов образец и чехол имеют очень близкую температуру. [c.12] Жидкий водород хранится и переносится в стеклянных и металлических сосудах, имеющих высоковакуумную изоляцию и защищенных от лучепоглощения. [c.13] При эксплуатации установки с жидким водородом необходимо соблюдать все меры предосторожности, оговоренные в нормах по технике безопасности при работе с взрывоопасными веществами. [c.13] Методика испытаний при температуре жидкого водорода развивалась, во-первых, путем отказа от применяемых в лабораторных стандартных испытательных машин и создания специальных установок, помещаемых в резервуар с жидким водородом [7, 22, 25], и, во-вторых, путем создания специальных приспособлений, устанавливаемых 1 а обычных разрывных машинах [11]. [c.13] Вторая методика [11, 12] свободна от указанных недостатков и позволяет производить растяжение цилиндрических или плоских образцов в среде жидкого водорода на обычной универсальной (статической) машине с максимальной нагрузкой до 7—8 тс (76,52 т). Конструкция криостата показана на рис. 8. Перед заливкой жидкого водорода в криостат последний охлаждается жидким азотом с целью экономии водорода. [c.14] Размеры сосуда — криостата и всех теплоподводящих деталей рассчитаны таким образом, что после заливки жидкого водорода образец находится при температуре 20° К не менее 10 мин, т. е. в течение времени, вполне достаточного для растяжения и доведения образца до разрыва при малой скорости нагружения. [c.15] Использование этого криостата для таких исследований в течение довольно длительного времени подтверждает его удовлетворительные эксплуатационные качества. Кроме того, большое рабочее пространство криостата позволяет испытывать образцы различной формы (плоские, цилиндрические, с концентраторами напряжений, а также для внецентренного растяжения), используя для этого различные конструкции переходных захватов. [c.15] Жидкий гелий представляет собой легкую бесцветную жидкость, кипящую под атмосферным давлением при температуре около 4° К (—268,95° С). [c.15] Откачивая пары над жидким гелием форвакуумным насосом, можно понизить температуру до 1,4° К. [c.15] Один литр жидкого гелия имеет массу 125 г скрытая теплота испарения его 0,58 ккал л. При испарении 1 л жидкого гелия образуется 710 л газа. В связи с тем, что гелий является дорогим газом, испаряющийся во время экспериментов газ необходимо собирать в металлический газгольдер с масляным затвором или в шарпи-лоты, откуда газ закачивается компрессором в баллоны. [c.15] Жидкий гелий в криостаты может заливаться или непосредственно из ожижителя, установленного на криогенной станции, или из транспортных сосудов Дьюара, предназначенных для хранения жидкого гелия. Оборудование для проведения низкотемпературных исследований на привозном жидком гелии (сосуды для перевозки и храпения жидкого гелия, перелив жидкого гелия из сосудов в криостаты, сбор испаряющегося гелия и пр.) подробно описано в литературе [15 ]. Схема перелива жидкого гелия в криостат приведена на рис. 9. [c.15] Значительная часть исследований, связанных с изучением поведения материалов при температуре жидкого гелия, относится к испытаниям монокристаллов, микрообразцов и т. п., т. е. является физическими исследованиями [4, 20, 35]. [c.16] Установка (рис. 10) состоит из трех частей системы хранения и подачи охладителя, испытательной камеры и блока регулирования расхода охладителя и измерения, а также системы поддержания требуемой температуры на заданном уровне. [c.17] Вернуться к основной статье