高低温摆锤冲击实验方法的比较说明
关于(高温)低温摆锤冲击实验方法,现世界上主要有三种方式。
1、目前世界上绝大多数用户的实验室所选用的传统方式:预先将样品在另一个(高)低温恒温箱中冷冻(加热)至所需温度,然后迅速取出后放置于夹具上快速冲击。误差取决于环境温度的散热及取出样品至冲击结束的时间。
2、专用冲击低温箱方式:将样品试验台(包括样品)一块儿冷冻(通常不能加热做高温试验),达到所需温度并且稳定后再打开低温箱开始冲击实验。误差取决于低温箱温度准确性、稳定性,样品及夹具稳定时间的长短以及打开低温箱后至冲击结束所需时间。
3、整体冷冻方式:将整个冲击仪密封在一个小型低温恒温室内或整个操作间低温恒温。由于小型恒温室价格昂贵,工作人员在低温环境中工作不便,此种方式很少使用。由于环境温度对冲击仪有较大影响,该方式不能做高温试验及很低的低温实验。误差取决于恒温室温度的稳定性、准确性以及仪器对环境温度变化的影响。
意大利ATS公司设计经理Mr. Segrio Martiotti(原CEAST公司的主设计师)是一位在该方面的**专家。中国很多用户的RESIL25摆锤冲击仪都是他设计的,销售了十几年。经向Mr. Martiotti询问,他提出:设计一个摆锤低温箱是非常容易的,但ATS经过试验考察后,不采用该方案,原因是:
1、低温箱的温度稳定度及准确度在±1-2℃左右(燕化二厂研究所的摆锤冷冻箱设定与实际稳定温度差值为±2℃,需长时间稳定);而在低温状态下,0.1℃的温度误差即产生很大的冲击误差(根据不同材料的变化,测试值也不同。),其影响远远大于冲击仪自身的误差。
2、CEAST98年才设计生产低温箱(其它公司也是),只销售了不到十台(包括中国的一台)。工艺材料等均不完全成熟,世界上生产类似摆锤低温箱的也很少。而目前世界上用旁边放低温柜,用迅速夹持冲击方法的占绝大多数。传统低温柜,世界上有近千家厂家,几百万台生产量。材料、工艺、性能均有保障。ATS在本身生产低温冷冻箱基础上,为设备专门进行了改动,使取样更方便和快速,温度精度0.1℃,稳定性0.2℃。除低温外,还可以做高温材料冲击实验和用于其它用途。
3、ATS的快速恒应力夹具加上设计取样方便的低温柜,使从取样到冲击完毕时间很快,约几秒至十几秒。样品只表面温度略有变化,对实质性影响不大,同用专用的摆锤冲击箱开箱后再冲击的时间基本是一样的;而平均样品误差值小于摆锤冲击箱(温度一致性比摆锤冲击箱好得多)。一般的冲击低温箱还需另外配一只低温柜,将样品深冷冻后再取出放在箱内冷冻,否则样品不能深冷冻,温度误差更大;增加了成本。
4、专用摆锤低温箱不实用。从做实验开始到恒定所需温度值需很长时间,每次样品间隔需长时间温度稳定,否则一致性很差。另外,消耗液氮也多,成本高。如果包括人工,则成本昂贵,因此意大利及欧洲乃至世界上很少用此种方式。
5、整体仪器冷冻方式由于仪器所处环境经常变化及温度波动性较大,并且造价昂贵、操作条件恶劣,因此也不是常用方式。
6、从计量及温度稳定性、准确性角度来考虑,其高精度(0.1℃)和高稳定性(0.2℃)的测试性能(包括平均一致性),远高于低精度的(1℃)及低稳定性的(±2℃),只能拿高准确性的去衡量、检验低等级的质量和结果而不能返其道而行之。
7、通常一组冲击实验约需5—10个样品,对于样品量较多的(高温)低温-23℃冲击试验,传统方式更适合,可以快速在十几分钟完成一组试验,并且不需要附加冷媒成本。冲击低温箱方式完成一组低温-23℃实验通常需几个小时(包括样条冷冻稳定时间),而且测试结果也不如ATS的快速恒应力夹具结合专用高低温箱的好。