ASTM D256: ударная вязкость пластмассовых образцов с надрезом по Изод
Испытание образца с надрезом на ударный изгиб по ASTM D256 - один из важнейших методов испытания для определения ударной вязкости пластмасс. Однако на практике многие испытания заканчиваются неудачей из-за неудовлетворительной подготовки образцов, некорректного выравнивания или неподходящих испытательных систем.
Маятниковые копры могут надежно выполнять требования стандарта ASTM и выдавать воспроизводимые характеристики для сравнения материалов, контроля качества и разработки материалов.
Основные источники ошибок Проведение испытания Диапазоны применения Часто задаваемые вопросы к ASTM D256 Загрузки Ни к чему не обязывающая консультация
Ударная вязкость образцов с надрезом по Изод согласно ASTM D256: самое важное в краткой форме
- На практике многие испытания заканчиваются неудачей из-за неудовлетворительной подготовки образцов, некорректного выравнивания или неподходящих испытательных систем.
- Соответствующие стандартам испытательные технологии и контролируемые условия испытаний являются решающими для получения воспроизводимых измеренных значений.
- При высокой интенсивности проведения испытаний влияние человеческого фактора (ручного управления) вызывает дополнительный разброс показаний, более длительное проведение испытаний и повышенные расходы на персонал
- С помощью подходящих маятниковых копров для испытаний пластмасс можно избегать источников ошибок и получать стабильные результаты.
- Испытания проводят, кроме всего прочего, для разработки материалов, контроля качества и входного контроля товаров.
- Программное обеспечение testXpert позволяет осуществлять центральный анализ, интеграцию в существующие системы обработки данных (ERP/LIMS) и раннее выявление отклонений.
ASTM D256 на практике: основные источники ошибок и влияние на результаты испытаний
На практике ненадежные или несопоставимые результаты ударных испытаний по Изод согласно ASTM D256 часто возникают из-за отклонений в процессе испытания или несоответствия нормативным требованиям. Даже небольшие ошибки при изготовлении образцов, в испытательной конструкции или в условиях испытаний могут в значительной степени негативно влиять на измеренную ударную вязкость.
Типичные причины и их последствия:
- Неудовлетворительная или некорректная подготовка образцов: Даже небольшие неточности при нанесении надреза (геометрия, глубина, позиция) с использованием различных инструментов или методов, а также неудовлетворительное качество надрезов (например, образование заусенцев, трещин) изменяют концентрацию напряжений в надрезе. Вследствие этого измеренная ударная вязкость может значительно отклоняться от фактических характеристик материала.
- Отклонения при измерении образцов и геометрии надрезов: Не соответствующие стандарту размеры или геометрия приводят к тому, что результаты нельзя сравнивать с предписанными значениями или результатами других испытаний.
- Ошибки при обработке образцов: Промедления между извлечением образца по Изод из термокамеры и испытанием (максимум 5 секунд по ASTM D256) могут приводить к неточности результатов испытаний.
- Некорректные выравнивание и зажим образцов: При неточном расположении образца или воздействии различных усилий зажима меняются характеристики разрушения. Это становится причиной повышенного разброса результатов измерений.
- Неподходящий выбор молота маятника: Молот маятника с неподходящим энергоресурсом (энергия удара может максимально составлять 85% энергоресурса) или вне оптимального диапазона измерения может негативно влиять на точность результатов.
- Не учтенные потери энергии вне образца: Метод измерения предполагает, что все потери энергии относятся к образцу. Внешние потери энергии (например, из-за трения или качаний) искажают результаты, если не сводить их к минимуму или не корректировать.
- Недостаточная корректировка потерь на трение: Трение о воздух и трение в опорах молота маятника приводят к неизбежным потерям энергии. Если не проводить регулярную калибровку, не контролировать их и не распределять по соответствующему молоту маятника, возникают систематические ошибки.
- Недостаточная масса или нестабильная установка испытательного прибора: Если маятниковый копер обладает недостаточной массой или ненадежно установлен (например, на непрочном лабораторном столе), вибрации и перемещения во время испытания будут приводить к дополнительным потерям энергии и, как следствие, к некорректным результатам.
Поэтому для получения воспроизводимых и сопоставимых результатов решающим является последовательное проведение испытаний в соответствии со стандартами, а также минимизация влияния человеческого фактора, начиная с изготовления образцов и заканчивая выбором испытательной системы и стабильными условиями испытаний.
Испытание проводится следующим образом:
Молот маятника состоит из штанги маятника с ударным телом, он крепится на опоре с низким коэффициентом трения. Во время испытания молот маятника с определенной энергией бьет по закрепленному с одной стороны образцу с надрезом. Часть кинетической энергии поглощается материалом, так что молот маятника после удара по образцу больше не достигает первоначальной высоты сброса. Из разницы между высотой сброса и подъема определяют поглощенную энергию удара.
Образец зажимают вертикально, так чтобы надрез располагался точно в зоне наибольшего момента изгиба. Контролируемое усилие зажима – например, посредством пневматических зажимных систем - вносит существенный вклад в получение воспроизводимых результатов испытаний.
Для проведения ударных испытаний пластмассовых образцов с надрезом по методу Изод согласно ASTM D256 можно использовать соответствующие маятниковые копры фирмы ZwickRoell.
Маятниковые копры по Изод благодаря двум вариантам ударных кронштейнов с ручным или пневматическим быстрым зажимом обеспечивают надежную и воспроизводимую фиксацию самых разных образцов, в том числе из чувствительных к зажиму материалов. Центрирующий механизм и быстрозаменяемые вкладыши гарантируют точное выравнивание любого образца и соответствующее стандартам надежное испытание даже прошедших термообработку и чувствительных к зажиму материалов.
Стандартный молот маятника по ASTM D256 обладает энергоресурсом в 2,75 Дж при высоте сброса 610 ± 2 мм. Другие размеры молотов являются результатом удвоения энергоресурса при той же высоте сброса. В результате скорость удара составляет около 3,46 м/с. Для нормативного проведения испытаний выбирается самый легкий молот маятника с достаточным энергоресурсом для измерения.
Для получения надежных результатов измерений необходимо свести к минимуму внешние влияния (например, потери на трение или качания). Поэтому высококачественные маятниковые копры проходят соответствующую калибровку и обладают конструкцией, удерживающей потери энергии на низком уровне. В современных системах, таких как маятниковые копры фирмы ZwickRoell, используются особенно жесткие и легкие двойные стержни маятника из однонаправленных углеродных материалов, обладающие очень низкой массой и одновременно обеспечивающие оптимальную жесткость для уменьшения колебаний и повышения точности измерений.
Помимо характеристик оборудования на практике влияние прежде всего человеческого фактора имеет воздействие на воспроизводимость и эффективность испытательных процессов. Особенно при больших объемах образцов или повторяющихся задачах испытаний ручное управление приводит к дополнительному разбросу значений, увеличению времени на проведение испытаний и затрат на персонал. Роботизированная испытательная система roboTest H фирмы ZwickRoell берет на себя автоматическую подачу, термообработку и позиционирование образцов, обеспечивая постоянные условия испытаний, а также значительное снижение влияния человеческого фактора.
Желаете автоматизировать испытания по ASTM D256 в целях оптимизации процессов?
Наши роботизированные испытательные системы обеспечивают полностью автоматическое проведение ударных испытаний по Изод - для постоянных условий испытаний, снижения разброса значений и эффективных серийных испытаний без ручных манипуляций.
Наши эксперты по вопросам автоматизации с удовольствием Вас проконсультируют!
Видео: Маятниковые копры для испытаний пластмасс
В качестве особенно точного и одновременно экономичного решения фирма ZwickRoell предлагает маятниковые копры серии «HIT» для испытаний пластмасс. Маятниковые копры предлагаются номиналом от 5 до 50 Джоулей, с их помощью можно нормативно проводить ударные испытания не только по Изод для определения ударной вязкости согласно ASTM D256, но также по Шарпи, Dynstat и на ударное растяжение согласно ASTM, ISO и DIN.
Случаи использования: Диапазоны применения метода испытания по ASTM D256
Типичные области применения ударных испытаний по Изод согласно ASTM D256 находятся там, где жесткие пластмассы подвергаются ударным нагружениям или требуется надежная оценка их механической прочности. В процессе испытания определяют сопоставимые характеристики, применяемые в области разработок, контроля качества и выпуска материалов.
Типичные области применения метода испытания:
- Сравнение материалов в области разработок: различные полимерные материалы, соединения или составы можно сравнивать с точки зрения их ударной вязкости по Изод. Это позволяет целенаправленно выбирать или оптимизировать материалы для использования с повышенными механическими нагрузками.
- Контроль качества на производстве: в серийном производстве испытание по ASTM D256 применяется для контроля неизменных характеристик материалов. Отклонения в сырье, обработке или партиях можно обнаружить на ранней стадии.
- Контроль поступления пластмасс: при испытании гранулятов или полуфабрикатов гарантируется соответствие поставленных материалов требуемым механическим характеристикам.
- Испытания готовых изделий и извлеченных образцов: образцы можно извлекать непосредственно из готовых изделий или литых компонентов для проверки фактических характеристик материала в изделии.
- Оценка воздействия старения и окружающей среды: сравнительные испытания позволяют анализировать изменения ударной вязкости по Изод, например, в зависимости от температурного воздействия, контакта с агрессивной средой или воздействия ультрафиолета.
Оптимальная интеграция испытания по ASTM D256 благодаря программному обеспечению testXpert
Одно программное обеспечение для всего: испытание на ударную вязкость по ASTM D256, испытание на растяжение, испытание на изгиб, испытание на текучесть. И все данные можно анализировать вместе.
- Многочисленные возможности импорта и экспорта обеспечивают идеальную адаптацию ПО testXpert и испытания на ударную вязкость по ASTM D256 к Вашим процессам. Программное обеспечение автоматически считывает и вводит данные из других систем (например, из системы ERP или LIM Вашего предприятия).
- Снятие размеров образцов по ASTM D256 интегрировано: остаточная ширина, высота и ширина образца одним нажатием на кнопку передаются из измерительного прибора в testXpert.
- Все характеристики, полученные в процессе испытания на ударную вязкость по ASTM D256, испытания на растяжение, испытания на текучесть, сохраняются совместно в одном банке данных. Данные легко найти, проанализировать и сравнить - по всем испытаниям. Доступ осуществляется через веб-браузер - откуда хотите.
- Функция Trend Analysis предлагает простую карту контроля качества (SPC) для раннего выявления отклонений от Ваших требований к качеству.
Часто задаваемые вопросы на тему ударной вязкости Изод по ASTM D256
При традиционном ударном испытании по Шарпи или Изод измеряется энергия (работа удара), которую отдает молот маятника при пробивании образца. Эту энергию можно очень просто определить из разницы между высотой сброса молота маятника и высотой подъема после удара. В стандартах ISO работа удара зависит от площади поперечного сечения образца и указывается в [кДж/м²], в то время как в стандартах ASTM принято соотносить эту энергию с толщиной образца, чтобы получить ударную вязкость: например, в [ft lbf/in].
Испытание образцов с надрезом на ударный изгиб по Изод согласно ASTM D256 позволяет получать характеристики ударной вязкости и чувствительности к надрезу при высоких скоростях деформации в форме зависимого от толщины значения энергии. Кроме того, используют:
- ASTM D4812: метод по Изод для измерения ударной вязкости образцов без надреза
- ASTM D4508: метод по Изод для измерения малых образцов (Chip-Impact), аналог испытания на ударный изгиб Dynstat по DIN 53435.
- ISO 180: содержит описание ударных испытаний по методу Изод для определения ударной вязкости пластмассовых образцов (также с надрезом). Там же приводятся характеристики ударной вязкости при высоких скоростях деформации в форме зависимого от поперечного сечения значения энергии.
Оба метода испытаний определяют характеристики ударной вязкости пластмасс. Метод испытания по Изод, при котором образец располагается вертикально, обычно используется в стандартах ASTM. Метод по Шарпи, работающий с конструкцией для трехточечного изгиба, преимущественно применяют со стандартами ISO.
В обоих методах предусмотрено измерение ударной вязкости образца с надрезом. Для этой цели образец разбивается таким образом, чтобы надрез располагался в зоне растяжения изгиба, возникающего вследствие удара. При методе по Изод эта зона растяжения расположена на ударной стороне молота маятника, при методе по Шарпи - на противоположной стороне.
Метод по Шарпи предлагает преимущества при испытаниях с низкими температурами, т.к. опорные точки образца в маятниковом копре расположены достаточно далеко от места, по которому бьет молот маятника. Таким образом, температура в соответствующей зоне образца не снижается из-за опор, и образцы можно легко подавать из температурного бокса.
Испытание образцов с надрезом на ударный изгиб по ASTM D256 применяется для всех жестких пластмасс, чтобы определять характеристики при ударном нагружении. Ударное нагружение изгиба прикладывается к образцу с надрезом, зафиксированному с одного конца; удар проводится по узкой стороне. Результат выдается как зависимое от толщины поглощение энергии образцом.
Этот стандарт предлагает различные процедуры, размеры и места надрезов для исследования чувствительности полимерных материалов к надрезу
- Метод A применяется для пластмасс, у которых ударная вязкость по Изод больше или равна 27 Дж/м. При этом радиус надреза составляет 0,25 мм. Результат рассчитывается напрямую из высоты подъема маятника после удара.
- Метод C применяется для очень хрупких пластмасс, у которых ударная вязкость по Изод меньше 27 Дж/м. Он соответствует методу А, однако измеренная энергия удара корректируется на величину расчетной центробежной энергии образца.
- Метод D предназначен для определения чувствительности полимерных материалов к надрезу. Для этого ударную вязкость измеряют на образцах с различными радиусами надреза и рассчитывают чувствительность как линейный перепад по радиусу надреза.
- Метод E предназначен для оценки ударной вязкости образцов без надреза. Для этого образец с надрезом поворачивают на 180° и зажимают, чтобы надрез располагался противоположно направлению удара. Результат можно сравнивать с испытанием образца без надреза весьма условно.
Внешние размеры образцов по ASTM D256 регламентированы как 2.5 дюйма (63.5 мм) в длину и 0.5 дюйма (12.5 мм) в высоту. Ширина отлитых под давлением образцов может составлять от 0.118 дюймов (3.0 мм) до 0.5 дюймов (12,5 мм), причем обычно используют образцы шириной 1/8 дюйма (3.2 мм) или ¼ дюйма (6.35 мм).
Точные данные можно найти в спецификации испытываемого материала, или их следует согласовать между сторонами-участниками. У образцов, извлекаемых из готовых изделий, обычно ширину определяет толщина стенки изделия. Образцы, извлеченные из изделий с более тонкими стенками, испытывают на ударное растяжение по стандарту ASTM D1822.
Т.к. метод предписывает измерение ударной вязкости с надрезом, то на образце должен быть предусмотрен надрез.
- В стандартном методе A надрез с радиусом 0.25 мм посредством машинной обработки наносится на образец под углом 45° таким образом, чтобы остаточная высота в основании надреза составляла 0.40 дюйма (10.16 мм).
- Поскольку следует измерять чувствительность надреза по методу D, следует подготовить образцы с надрезами различных радиусов. Помимо стандартного надреза по методу A также изготавливают образцы с радиусом надреза 0.04 дюйма (1,0 мм).
