Изпитване с ниска скорост на деформация (SSRT)

Изпитването с ниска скорост на деформация (SSRT) е метод, използван за определяне на праговете на напрежение и податливостта на корозионно напукване под напрежение чрез прилагане на постоянна скорост на удължение към материалите, особено в среди като ядрената и аерокосмическата промишленост. Общо описано подробно в стандарта ASTM G129, „Стандартна практика за изпитване с бавна скорост на деформация за оценка на податливостта на метални материали на напукване, предизвикано от околната среда“, това е бърза техника за оценка на материалите, която оценява податливостта на корозионно напукване под напрежение или водородно крехкост чрез прилагане на много бавна скорост на удължение (обикновено до 100 nm) към проба в специфична среда. Тази техника класира характеристиките на материалите в корозивни среди, като предизвиква ускорено разрушаване в сравнение с конвенционалните тестове.

Изпитването с ниска скорост на разтягане се отнася до механични изпитвания, извършвани при умишлено бавни скорости на деформация, далеч под тези на конвенционалните изпитвания на опън (които обикновено използват високи скорости на деформация). Тези изпитвания са от съществено значение в материалознанието и инженерството по две основни причини:

Да се оцени как се държат материалите при условия на бавно натоварване, симулиращи реални условия на експлоатация (напр. поведение, подобно на пълзене, или продължителни статични натоварвания)
Да се оцени податливостта на напуквания, предизвикани от околната среда, като например корозионно напукване под напрежение и водородно крехкост.

Най-известната форма е изпитването с бавна скорост на деформация (SSRT), известно още като изпитване на опън с постоянна скорост на деформация. При това изпитване гладка проба за опън се опъва с постоянна ниска скорост на деформация, докато е изложена на специфична среда (абразив, висока температура или газ). Типичните скорости на деформация варират от ^10⁻⁸ до ^10⁻³ s⁻¹ ^{, а обичайните стойности за изследвания на корозионно напукване под напрежение са около}^10⁻⁵ до ^10⁻⁷ s⁻¹ ^. Бавната скорост дава време на взаимодействията с околната среда (напр. корозия, дифузия на водород или пасивно разграждане на филма) да повлияят на образуването и разпространението на пукнатини, ефекти, които може да не са видими при по-бързи тестове.

Материалите са чувствителни към скоростта на деформация: тяхната якост, пластичност и режими на разрушаване могат да варират значително в зависимост от скоростта на деформация.

При високи скорости на деформация (например от удари или сблъсъци), много метали и полимери стават по-здрави, но също така и по-крехки.
При ниски скорости на деформация, вискозните или времезависимите ефекти стават доминиращи. Например, пълзене в металите при високи температури или повишено въздействие на околната среда в абразивни среди. Например, пластелинът се разтяга изключително много, когато се дърпа бавно, но се чупи, когато се дърпа бързо.

При изпитвания на опън, проведени върху мека стомана при ниски скорости на деформация, изследователите наблюдават разлики в границата на провлачване, максималната якост на опън и равномерното удължение в зависимост от избраната точна скорост в рамките на ниския режим. Дори нестандартни конструкции на образци могат да дадат възпроизводими резултати за тези свойства.

Ниските скорости на деформация за полимери и композити помагат за симулиране на дългосрочни експлоатационни условия (напр. бавно загряване в арматурното табло на превозното средство), докато за моделиране на сблъсъци са необходими високи скорости.

Изпитването за бавна скорост на деформация обикновено следва следните стъпки:

Стандартен образец за опън (плосък или понякога с назъбване) се монтира върху изпитвателна машина с прецизен, бавен контрол на напречната глава.
Пробата се излага на съответната среда (напр. солена вода, вода с висока температура при ядрени симулации, газ, съдържащ сероводород, за приложения в нефтени находища или въздух като референтен материал).
Разтяга се непрекъснато с постоянна ниска скорост, докато се скъса.
Основните критерии са следните:
- Време за отказ
- Удължаване на неуспеха
- Намаляване на площта (мярка за пластичност)
- Максимално напрежение
- Фрактография след теста (използване на сканираща електронна микроскопия (SEM) за сравняване на пластични ямки, крехко разцепване, междугранулни или вътрегранулни пукнатини)

Изпитванията обикновено се провеждат както в агресивна среда, така и в инертна референтна среда за сравнение (напр. въздух или аргон). Значително намаляване на пластичността в средата показва податливост на напукване от корозия под напрежение или водородно крехкост.

Тестът за осцилираща бавна скорост на деформация е вариант, който многократно разрушава защитните пасивни филми чрез добавяне на малки цикли на натоварване около границата на провлачване, което го прави по-агресивен за оценка на дългосрочната издръжливост на сплави като неръждаеми стомани или никелови сплави.

Стандартите, които ръководят изпитването на якост на опън при бавно опъване, са следните:

ASTM G129: Обща процедура за изпитване при ниска скорост на деформация.
ISO 7539-7: Изпитване за напукване под напрежение чрез корозия при бавна скорост на деформация.
NACE TM0198: За корозионноустойчиви сплави в киселинни среди.

Основните области на приложение на метода за изпитване с бавна скорост на деформация са следните:

Корозионно напукване под напрежение и водородна крехкост: Широко използвани в нефтената и газовата промишленост (тръбопроводи в киселинна среда), ядрената енергетика (реактори с вода под налягане и неръждаеми стомани, облъчени във вода от реактори с кипяща вода), аерокосмическата промишленост и химическата обработка. Сортира сплави, оценява среди (pH, температура, потенциал) и изследва участващите механизми.
Ефекти от облъчването: Изпитването с бавна скорост на деформация върху облъчени материали разкрива втвърдяване, загуба на пластичност и канализиране на дислокации, водещи до крехкост.
Общи свойства на опън: Изпитвания с ниска скорост на деформация върху стомани или други метали, за да се разбере поведението, зависещо от скоростта, без влияние на околната среда.
Сканиращ инструмент: Относителната му скорост (часове до дни) в сравнение със статичните тестове за натоварване, които могат да отнемат месеци или години, го прави отличен метод за квалификация на материалите и механистични изследвания.

Например, в ядрените изследвания, изпитванията с бавна скорост на деформация в симулирана вода в реактор под налягане при приблизително 7,4 x 10⁻⁷ ^s⁻¹^{показват} втвърдяване чрез облъчване , достигащо насищане около 10 dPa, намалена пластичност при по-високи дози и случайно разцепване или междугранулно напукване.

Предимствата на този метод са следните:

Ускорено, но реалистично за динамични стрес тестове при абразивни условия.
Лесна настройка, повторяемост и гъвкавост (плоски/назъбени проби, различни среди).
Той предоставя ясни количествени показатели (напр. коефициенти на пластичност) и фрактографски доказателства.

Този метод обаче има някои ограничения:

Скоростта на опъване трябва да бъде внимателно избрана: твърде бавната или твърде бързата може да компрометира прецизността.
Последиците са сериозни: Материалите може да не преминат тестовете, но да се представят адекватно в експлоатация (което изисква корелация с други тестове, като например полеви данни или механика на разрушаване).
Интерпретацията може да бъде сложна: Намалената пластичност може да е резултат от образуване на пукнатини, разпространение или и двете.
Не е идеален за всички материали: Някои критики сочат, че може да преувеличи рисковете в сравнение със статичното натоварване.

В продължение на много години нашата организация, със своя компетентен и опитен персонал, разбира нуждите на своите клиенти, предоставяйки им необходимите съвременни услуги за тестване и съдействайки за установяването, внедряването и подобряването на системите за управление. В тази рамка, ние също така предоставяме услуги за изпитване с ниска скорост на деформация (SSRT) на бизнеса.