Testovanie pri nízkej rýchlosti deformácie (SSRT)

Skúšanie pri nízkej rýchlosti deformácie (SSRT) je metóda používaná na určenie prahových hodnôt napätia a náchylnosti na praskanie v dôsledku korózie v dôsledku napätia aplikovaním konštantnej rýchlosti predĺženia na materiály, najmä v prostrediach, ako je jadrový a letecký priemysel. Vo všeobecnosti je podrobne opísaná v norme ASTM G129 s názvom „Štandardný postup pre skúšky pri nízkej rýchlosti deformácie na posúdenie náchylnosti kovových materiálov na praskanie v dôsledku prostredia“. Ide o rýchlu techniku hodnotenia materiálu, ktorá hodnotí náchylnosť na praskanie v dôsledku korózie v dôsledku napätia alebo vodíkové krehnutie aplikovaním veľmi pomalej rýchlosti predĺženia (zvyčajne do 100 nm) na vzorku v špecifickom prostredí. Táto technika hodnotí výkonnosť materiálu v korozívnom prostredí vyvolaním zrýchleného zlyhania v porovnaní s konvenčným testovaním.

Skúšky pri nízkej rýchlosti natiahnutia sa vzťahujú na mechanické skúšky vykonávané pri zámerne nízkych rýchlostiach deformácie, ktoré sú oveľa nižšie ako pri konvenčných skúškach ťahom (ktoré zvyčajne používajú vysoké rýchlosti deformácie). Tieto skúšky sú nevyhnutné v materiálovej vede a inžinierstve z dvoch hlavných dôvodov:

Vyhodnotiť, ako sa materiály správajú pri pomalom zaťažovaní, ktoré simuluje reálne prostredie (napr. správanie podobné tečeniu alebo dlhodobé statické zaťaženie)
Posúdiť náchylnosť na environmentálne praskanie, ako je praskanie v dôsledku korózie v dôsledku napätia a vodíkové krehnutie.

Najvýznamnejšou formou je test pomalej rýchlosti deformácie (SSRT), tiež známy ako test ťahu s konštantnou rýchlosťou deformácie. Pri tomto teste sa hladká vzorka v ťahu ťahá konštantnou nízkou rýchlosťou deformácie, zatiaľ čo je vystavená špecifickému médiu (abrazívum, vysoká teplota alebo plyn). Typické rýchlosti deformácie sa pohybujú od ^10⁻⁸ do ^10⁻³ s⁻¹ ^{a bežné hodnoty pre štúdie korózneho praskania v dôsledku napätia sú okolo}^10⁻⁵ až ^10⁻⁷ s⁻¹ ^. Pomalá rýchlosť umožňuje interakciám s prostredím (napr. korózia, difúzia vodíka alebo degradácia pasívneho filmu) ovplyvniť tvorbu a šírenie trhlín, čo sú účinky, ktoré nemusia byť viditeľné pri rýchlejších testoch.

Materiály sú citlivé na rýchlosť deformácie: ich pevnosť, ťažnosť a spôsoby porušenia sa môžu výrazne meniť s rýchlosťou deformácie.

Pri vysokých rýchlostiach deformácie (napr. v dôsledku nárazov alebo zrážok) sa mnohé kovy a polyméry stávajú pevnejšími, ale aj krehkejšími.
Pri nízkych rýchlostiach deformácie sa stávajú dominantnými viskózne alebo časovo závislé efekty. Napríklad tečenie kovov pri vysokých teplotách alebo zvýšené pôsobenie prostredia v abrazívnom prostredí. Napríklad plastelín sa enormne natiahne, keď sa ťahá pomaly, ale pri rýchlom ťahaní sa zlomí.

V skúškach ťahom vykonaných na mäkkej oceli pri nízkych rýchlostiach deformácie výskumníci pozorovali rozdiely v medze klzu, medze pevnosti v ťahu a rovnomernom predĺžení v závislosti od presne zvolenej rýchlosti deformácie v rámci nízkeho režimu. Dokonca aj neštandardné konštrukcie vzoriek môžu priniesť reprodukovateľné výsledky pre tieto vlastnosti.

Nízke rýchlosti deformácie pre polyméry a kompozity pomáhajú simulovať dlhodobé prevádzkové podmienky (napr. pomalé zahrievanie v prístrojovej doske vozidla), zatiaľ čo vysoké rýchlosti sú potrebné na modelovanie kolízií.

Testovanie pomalej rýchlosti deformácie sa vo všeobecnosti riadi týmito krokmi:

Štandardná ťahová vzorka (plochá alebo niekedy so zárezom) sa upevní na skúšobnom stroji s presným, pomalým ovládaním priečnej hlavy.
Vzorka je vystavená príslušnému médiu (napr. slanej vode, vode s vysokou teplotou v jadrových simuláciách, plynu obsahujúcemu sírovodík pre aplikácie v ropných poliach alebo vzduchu ako referencii).
Naťahuje sa nepretržite konštantnou nízkou rýchlosťou, až kým sa neroztrhne.
Hlavné kritériá sú nasledovné:
- Čas zlyhania
- Predĺženie zlyhania
- Zmenšenie plochy (miera ťažnosti)
- Maximálne napätie
- Fraktografia po teste (použitie skenovacej elektrónovej mikroskopie (SEM) na porovnanie tvárnych jamiek, krehkého štiepenia, medzikryštalického alebo intrakryštalického praskania)

Skúšky sa zvyčajne vykonávajú v agresívnom médiu aj v inertnom referenčnom médiu na porovnanie (napr. vzduch alebo argón). Významné zníženie ťažnosti v médiu naznačuje náchylnosť na praskanie v dôsledku korózie v dôsledku napätia alebo vodíkové krehnutie.

Skúška oscilačnou pomalou rýchlosťou deformácie je variant, ktorý opakovane narúša ochranné pasívne filmy pridaním malých cyklov zaťaženia okolo medze klzu, čím sa stáva agresívnejším pri hodnotení dlhodobej trvanlivosti zliatin, ako sú nehrdzavejúce ocele alebo niklové zliatiny.

Normy, ktoré upravujú pomalé skúšky pevnosti v ťahu, sú nasledovné:

ASTM G129: Všeobecný postup pre skúšku pri nízkej rýchlosti deformácie.
ISO 7539-7: Skúška praskaním od korózie v dôsledku napätia s použitím nízkej rýchlosti deformácie.
NACE TM0198: Pre zliatiny odolné voči korózii v kyslom prostredí.

Hlavné oblasti použitia metódy testovania pomalej rýchlosti deformácie sú nasledovné:

Praskanie v dôsledku korózie v dôsledku napätia a vodíkové krehnutie: Široko používané v rope a plyne (potrubia v kyslom prostredí), jadrovej energii (tlakové vodné reaktory a nehrdzavejúce ocele ožarované vo vode z vriacich reaktorov), leteckom a kozmickom priemysle a chemickom spracovaní. Triedi zliatiny, vyhodnocuje prostredia (pH, teplota, potenciál) a skúma zapojené mechanizmy.
Účinky ožiarenia: Testovanie pomalej rýchlosti deformácie na ožiarených materiáloch odhaľuje kalenie, stratu ťažnosti a dislokačné kanáliky vedúce ku krehkosti.
Všeobecné vlastnosti v ťahu: Skúšky ocelí alebo iných kovov pri nízkej rýchlosti deformácie na pochopenie správania závislého od rýchlosti bez vplyvov prostredia.
Skenovací nástroj: Jeho relatívna rýchlosť (hodiny až dni) v porovnaní so statickým zaťažovacím testovaním, ktoré môže trvať mesiace alebo roky, z neho robí vynikajúcu metódu pre kvalifikáciu materiálov a mechanistické štúdie.

Napríklad v jadrovom výskume testovanie pomalej rýchlosti deformácie v simulovanej vode tlakovodného reaktora pri rýchlosti približne 7,4 x 10⁻⁷ ^s⁻¹^ukázalo , že radiačné spevnenie dosahuje saturáciu okolo 10 dPa, pri vyšších dávkach sa znižuje ťažnosť a občas sa objavuje štiepenie alebo medzikryštalické praskanie.

Výhody tejto metódy sú nasledovné:

Zrýchlené, ale realistické pre dynamické záťažové testovanie v abrazívnych podmienkach.
Jednoduché nastavenie, opakovateľné a všestranné (ploché/vrubové vzorky, rôzne médiá).
Poskytuje jasné kvantitatívne ukazovatele (napr. pomery ťažnosti) a fraktografické dôkazy.

Táto metóda má však určité obmedzenia:

Rýchlosť napnutia musí byť starostlivo zvolená: príliš pomalá alebo príliš rýchla môže znížiť presnosť.
Dôsledky sú závažné: Materiály môžu zlyhať v testoch, ale v prevádzke fungovať primerane (čo si vyžaduje koreláciu s inými testami, ako sú napríklad údaje z terénu alebo lomová mechanika).
Interpretácia môže byť zložitá: Znížená ťažnosť môže byť dôsledkom tvorby trhlín, ich šírenia alebo oboch faktorov.
Nie je ideálny pre všetky materiály: Niektoré kritiky naznačujú, že môže zveličovať riziká v porovnaní so statickým zaťažením.

Naša organizácia s kompetentnými a skúsenými zamestnancami už mnoho rokov rozumie potrebám svojich klientov, poskytuje im pokročilé testovacie služby a pomáha im pri zavádzaní, implementácii a zlepšovaní systémov riadenia. V tomto rámci poskytujeme firmám aj služby testovania pri nízkej rýchlosti deformácie (SSRT).