Методики для описания медленного роста трещины
Трубы из полиэтилена (например, PE80, PE100 или улучшенного PE100RC) проявляют по-разному выраженную чувствительность к медленному росту трещины. Для описания этой характеристики используется понятие „Environmental Stress Cracking“, ESC или „Slow Crack Growth“, SCG. Такое разрушение происходит значительно ниже предела напряжения текучести материала, поэтому имеет чрезвычайное значение для долговременной оценки механических свойств.
В передней части трещины при этом проявляются так называемые фибриллы, со временем разрушающиеся под нагрузкой. Для определения характеристик этого механизма возник целый ряд испытаний. Сюда относятся, кроме всего прочего:
- Усталостные испытания с постоянным внутренним давлением, ISO 1167, ISO 9080
- Slow crack growth on notched pipes, ISO 13479
- Full Notch Creep Test (FNCT), ISO 16770
- Polyethylene Notch Tensile (PENT) Test, ASTM F 1473, ISO 16241
- Bent strip ESCR test, ASTM D 1693
- Cone test method, ISO 13480
Для быстроты процесса испытание проводится с начальным надрезом, при высокой температуре и в обеспечивающей ускорение жидкости (обычно Igepal® CO-630).
Результатом более новых исследований стали другие методики, обеспечивающие хорошую оценку характеристики SCG уже с очень коротким сроком испытания. Эти испытательные методики означают для пользователей значительное уменьшение затрат и быстрое получение результатов измерений.
Для этого в 2015 г. были опубликованы следующие стандарты:
- ISO 18488 Polyethylene (PE) materials for piping systems -- Determination of Strain Hardening Modulus in relation to slow crack growth
- ISO 18489 Polyethylene (PE) materials for piping systems -- Determination of resistance to slow crack growth under cyclic loading -- Cracked Round Bar test method
Определение модуля Strain Hardening по ISO 18488
В качестве формы образца для этого метода используется малая лопатка с относительно широкими заплечиками, измеряемая при растяжении. Измерение модуля Strain Hardening у полиэтилена осуществляется при температуре 80°C и соотношении деформации λ от 8 до 12. Это соответствует интервалу в 400 % между точками деформации 700% и 1100 %. В этом диапазоне полимер уже полностью вытянут, так что можно измерить свойства деформации фибрилл. В диаграмме истинного напряжения / деформации нео-Гука (λ² - 1/λ) для полиэтилена получается практически линейная форма кривой. Эту кривую описывает уравнение прямой в следующей форме: σ true = Gp (λ² - 1/λ) +C. Gp представляет собой коэффициент наклона прямых.
Подходящее оборудование, ISO 18488
Для измерения модуля Strain hardening по ISO 18488 необходима электромеханическая испытательная машина со следующим (например) оснащением:
- испытательная машина Z005 AllroundLine или больше
- термокамера, позволяющая осуществлять растягивающее перемещение зажимов минимум в 360 мм
- механическая или оптическая система измерения продольной деформации (например, ZwickRoell videoXtens)
- захваты с параллельным зажимом (например, параллельные пневматические захваты) стандартная программа испытаний testXpert по ISO 18488 с отображением диаграммы "Истинная деформация / деформация нео-Гука", а также "Истинная деформация / соотношение деформации λ", с расчетом GP и контролем коэффициента регрессии r
Определение сопротивления медленному росту трещины при циклическом нагружении по ISO 18489
При этом методе используется цилиндрический образец с нанесенным по окружности начальным надрезом. Этот образец циклически нагружается с постоянной амплитудой усилия. При этом амплитуда усилия подбирается таким образом, чтобы обеспечить медленный рост трещины.
Результатом измерения является количество циклов вплоть до разрушения образца, регистрируемое как функция приложенного напряжения Δσ0 при начальной длине трещины.
В новом методе по ISO 18489 длительность испытания сведена к минимуму. Это объясняется, прежде всего, высотой циклического нагружения в зависимости от геометрии образца. Другим преимуществом этого метода является возможность проведения испытания при комнатной температуре, что сохраняет полимерную структуру образца.
Подходящее оборудование, ISO 18489
Для испытаний по ISO 18489 на фирме ZwickRoell была разработана машина LTM с запатентованной линейной приводной технологией и регулируемыми по усилию пневматическими захватами.
- Циклы нагружения проводятся точно и равномерно. Наряду с регулированием по усилию, возможны и другие режимы (например, регулирование по пиковым значениям, по перемещению поршня или напрямую)
- Регулирование по деформации осуществляет подключенный экстензометр.
- Регулируемые по усилию захваты надежно исключают перегрузку образца в процессе зажима.
- Износоустойчивый привод и низкое потребление тока удерживают текущие производственные затраты на низком уровне.
- Программное обеспечение testXpert III управляет всем процессом и выдает результаты в обзорной экспортируемой форме.
Таким образом, машина LTM фирмы ZwickRoell оптимально подходит для эффективного определения сопротивления медленному росту трещины по стандарту ISO 18489.
Воспользуйтесь ведущим программным обеспечением в области испытаний материалов
Программное обеспечение testXpert фирмы ZwickRoell предлагает следующее:
- Простота в управлении: немедленно приступить к испытаниям и легко стать экспертом - при максимальной защите.
- Безопасное и эффективное проведение испытаний: получайте выгоду от надежных результатов и максимальной эффективности испытаний.
- Гибкая интеграция: testXpert оптимально подходит для всех Ваших испытаний и процессов – просто увеличивается эффективность.
- Перспективный дизайн: программное обеспечение для всего срока службы, готово для решения задач будущего!
