Lav tøjningshastighedstestning (SSRT)

Lav tøjningshastighedstestning (SSRT) er en metode, der bruges til at bestemme spændingstærskler og modtagelighed for spændingskorrosion ved at anvende en konstant forlængelseshastighed på materialer, især i miljøer som atom- og luftfartsindustrien. Generelt beskrevet i detaljer i ASTM G129-standarden "Standardpraksis for slow strain rate testing to assess the susceptibility of metallic materials to environmentally induced cracking" (Standardpraksis for slow strain rate testing to assess the susceptibility of metallic materials to environmentally induced cracking"). Det er en hurtig materialevurderingsteknik, der evaluerer modtagelighed for spændingskorrosion eller hydrogenforsprødning ved at anvende en meget langsom forlængelseshastighed (typisk op til 100 nm) på en prøve i et specifikt miljø. Denne teknik rangerer materialeydelse i korrosive miljøer ved at inducere accelereret svigt sammenlignet med konventionel testning.

Lavstrækningstestning refererer til mekaniske test udført med bevidst langsomme deformationshastigheder, langt under konventionelle trækprøvninger (som typisk bruger høje tøjningshastigheder). Disse test er essentielle inden for materialevidenskab og -teknik af to hovedformål:

• At evaluere, hvordan materialer opfører sig under langsomme belastningsforhold, der simulerer virkelige anvendelser (f.eks. krybelignende adfærd eller langvarige statiske belastninger)
• At vurdere modtageligheden for miljømæssigt forårsagede revnedannelser, såsom spændingskorrosion og hydrogenforsprødhed.

Den mest fremtrædende form er langsom tøjningshastighedstest (SSRT), også kendt som trækprøve med konstant tøjningshastighed. I denne test trækkes en glat trækprøve med en konstant lav tøjningshastighed, mens den udsættes for et specifikt medium (slibende middel, høj temperatur eller gas). Typiske tøjningshastigheder varierer fra ^10⁻⁸ til ^10⁻³ s⁻¹ ^{, og almindelige værdier for undersøgelser af spændingskorrosion er omkring 10⁻⁵} til ^10⁻⁷ s⁻¹ ^. Den langsomme hastighed giver tid til, at miljømæssige interaktioner (f.eks. korrosion, hydrogendiffusion eller passiv filmnedbrydning) kan påvirke revnedannelse og -udbredelse, effekter, der muligvis ikke er synlige i hurtigere tests.

Materialer er følsomme over for tøjningshastighed: deres styrke, duktilitet og brudmåder kan variere betydeligt med deformationshastigheden.

• Ved høje tøjningshastigheder (f.eks. fra stød eller kollisioner) bliver mange metaller og polymerer stærkere, men også mere sprøde.
• Ved lave tøjningshastigheder bliver viskøse eller tidsafhængige effekter dominerende. For eksempel krybning i metaller ved høje temperaturer eller øget miljøpåvirkning i slidende miljøer. For eksempel strækker legetøj sig enormt, når det trækkes langsomt, men går i stykker, når det trækkes hurtigt.

I trækprøvninger udført på blødt stål ved lave tøjningshastigheder observerede forskerne forskelle i flydespænding, ultimativ trækstyrke og ensartet forlængelse afhængigt af den nøjagtige tøjningshastighed, der blev valgt inden for det lave område. Selv ikke-standardiserede prøvedesign kan give reproducerbare resultater for disse egenskaber.

Lave tøjningshastigheder for polymerer og kompositter hjælper med at simulere langvarige driftsforhold (f.eks. langsom opvarmning i et køretøjs instrumentbræt), mens høje hastigheder er nødvendige til kollisionsmodellering.

Test af langsom tøjningshastighed følger generelt disse trin:

• En standard trækprøve (flad eller undertiden med hak) monteres på en testmaskine med præcis, langsom krydshovedstyring.
• Prøven udsættes for det relevante medium (f.eks. saltvand, vand med høj temperatur i nukleare simuleringer, hydrogensulfidholdig gas til oliefeltapplikationer eller luft som reference).
• Den strækkes kontinuerligt med en konstant lav hastighed, indtil den knækker.
• Hovedkriterierne er som følger:
  • Fejltid
  • Forlængelse af fejl
  • Arealreduktion (mål for duktilitet)
  • Maksimal spænding
  • Fraktografi efter test (brug af scanningselektronmikroskopi (SEM) til at sammenligne duktile gruber, sprød opsplitning, intergranulær eller intragranulær revnedannelse)

Test udføres typisk både i det aggressive medium og i et inert referencemedium til sammenligning (f.eks. luft eller argon). En betydelig reduktion i duktiliteten i mediet indikerer modtagelighed for spændingskorrosion eller hydrogenforsprødning.

Den oscillerende langsomme tøjningshastighedstest er en variant, der gentagne gange forstyrrer beskyttende passive film ved at tilføje små belastningscyklusser omkring flydegrænsen, hvilket gør den mere aggressiv til evaluering af langsigtet holdbarhed i legeringer som rustfrit stål eller nikkellegeringer.

Standarderne, der vejleder langsom trækstyrketestning, er som følger:

• ASTM G129: Generel procedure for testning af langsom tøjningshastighed.
• ISO 7539-7: Spændingskorrosionsprøve med lav tøjningshastighed.
• NACE TM0198: Til korrosionsbestandige legeringer i sure miljøer.

De vigtigste anvendelsesområder for metoden med langsom tøjningshastighedstest er som følger:

• Spændingskorrosion og brintforsprødning: Udbredt anvendelse i olie og gas (rørledninger i sure miljøer), atomkraft (trykvandsreaktorer og rustfrit stål bestrålet i kogende vandreaktorvand), luftfart og kemisk forarbejdning. Det sorterer legeringer, evaluerer miljøer (pH, temperatur, potentiale) og undersøger de involverede mekanismer.
• Bestrålingseffekter: Testning af langsom tøjningshastighed på bestrålede materialer afslører hærdning, tab af duktilitet og forskydningskanalisering, der fører til sprødhed.
• Generelle trækstyrkeegenskaber: Lav tøjningshastighedstest på stål eller andre metaller for at forstå hastighedsafhængig adfærd uden miljøpåvirkninger.
• Scanningsværktøj: Dets relative hastighed (timer til dage) sammenlignet med statisk belastningsprøvning, der kan tage måneder eller år, gør det til en fremragende metode til materialekvalificering og mekanistiske studier.

^{For eksempel har} testning af langsom tøjningshastighed i simuleret trykvandsreaktorvand ved ca. 7,4 x 10⁻⁷ ^s⁻¹ inden for nuklear forskning vist bestrålingshærdning, der når en mætning på omkring 10 dPa, nedsat duktilitet ved højere doser og lejlighedsvis opsplitning eller intergranulær revnedannelse.

Fordelene ved denne metode er som følger:

• Accelereret, men realistisk til dynamisk stresstestning under slidende forhold.
• Enkel opsætning, repeterbar og alsidig (flade/hakkede prøver, forskellige medier).
• Den giver klare kvantitative indikatorer (f.eks. duktilitetsforhold) og fraktografisk bevismateriale.

Denne metode har dog nogle begrænsninger:

• Spændingshastigheden skal vælges omhyggeligt: ​​for langsom eller for hurtig kan kompromittere præcisionen.
• Implikationerne er aggressive: Materialer kan muligvis ikke bestå testningen, men fungerer tilstrækkeligt i brug (hvilket kræver korrelation med andre tests såsom feltdata eller brudmekanik).
• Fortolkning kan være kompleks: Reduceret duktilitet kan skyldes revnedannelse, udbredelse eller begge dele.
• Det er ikke ideelt til alle materialer: Nogle kritikpunkter antyder, at det kan overdrive risiciene sammenlignet med statisk belastning.

I mange år har vores organisation, med sit kompetente og erfarne personale, forstået sine kunders behov, leveret de avancerede testtjenester, de har brug for, og hjulpet med etablering, implementering og forbedring af ledelsessystemer. Inden for denne ramme tilbyder vi også testtjenester med lav tøjningshastighed (SSRT) til virksomheder.