Um resultado de tração obtido em temperatura ambiente não necessariamente descreve como o mesmo material se comportará a −40°C ou +100°C.
Para engenheiros que qualificam materiais usados em aplicações automotivas, eletrônicas ou industriais, o comportamento mecânico dependente da temperatura pode influenciar a seleção de materiais, a confiabilidade do produto e a configuração dos equipamentos de teste.
Um sistema de teste de tração em alta e baixa temperatura combina uma máquina universal de teste (UTM) com uma câmara de temperatura controlada, empunhaduras adequadas e um arranjo de medição apropriado. No entanto, selecionar tal sistema envolve mais do que apenas verificar suas classificações de força máxima e temperatura.
Este guia examina os métodos de ensaio, as normas relevantes ASTM e ISO, os desafios comuns de medição e considerações práticas envolvidas na escolha de uma máquina de ensaio de tração com controle de temperatura.
Por que testar propriedades de tração em diferentes temperaturas?
A temperatura pode alterar como um material se deforma e falha sob carga.
Alguns polímeros tornam-se menos dúcteis em baixas temperaturas. Outros materiais podem apresentar mudanças na rigidez, resistência à tração ou alongamento à medida que a temperatura aumenta. A resposta real depende da composição do material, preparação da amostra, condições de exposição e do método de teste selecionado.
Considere um componente plástico destinado a ser usado em um conjunto automotivo. Um resultado satisfatório de tração em temperatura ambiente pode não fornecer informações suficientes sobre seu comportamento durante operações em clima frio. Da mesma forma, um material usado próximo a um componente eletrônico gerador de calor pode exigir avaliação mecânica em uma temperatura elevada.
Testes de tração com controle de temperatura permitem que os engenheiros investiguem essas diferenças sob condições definidas.
Dependendo do material e do padrão, os resultados necessários podem incluir resistência à tração, comportamento de escoamento, alongamento na ruptura, módulo elástico e resposta tensão-deformação.
No entanto, o método de medição é importante. Uma curva força-deslocamento registrada pela máquina não é automaticamente equivalente a uma curva tensão-deformação de amostra. Quando é necessária medição direta de deformação, deve ser considerado um extensômetro adequado ou outro método permitido pelo padrão aplicável.
A temperatura do teste não é a mesma que a temperatura da amostra
Um detalhe merece atenção antes de qualquer teste começar: alcançar o ponto de ajuste da câmara não significa necessariamente que a amostra atingiu a temperatura desejada.
A amostra, as empunhaduras e o ar ao redor podem responder de forma diferente durante o aquecimento ou resfriamento. Portanto, a verificação do tempo de condicionamento e da temperatura deve seguir o método de teste relevante ou o procedimento do cliente.
Isso é particularmente importante ao comparar resultados obtidos em várias temperaturas.
Quais materiais exigem testes de tração em alta ou baixa temperatura?
A necessidade de ensaios de tração com controle de temperatura geralmente é motivada pelo ambiente operacional pretendido do material ou por um requisito de qualificação — não simplesmente pela disponibilidade de uma câmara ambiental.
Plásticos de Engenharia
Para plásticos de engenharia, o ensaio de tração em diferentes temperaturas pode ajudar os engenheiros a investigar mudanças em resistência, rigidez e alongamento.
Aplicações típicas incluem componentes plásticos automotivos, carcaças eletrônicas, peças plásticas estruturais e outros materiais expostos a condições térmicas variáveis.
A geometria da amostra, o procedimento de condicionamento, a velocidade de teste e o método de medição da deformação devem ser selecionados de acordo com o padrão relevante de ensaio de plásticos.
Borracha e Elastomeros
As propriedades da borracha e dos elastomeros são particularmente sensíveis a condições de temperatura e deformação.
Ao testar esses materiais, a disposição de aderência e a medição da extensão merecem consideração cuidadosa. Deslizamento da amostra ou um método de medição inadequado pode afetar os resultados reportados.
ASTM D412 e ISO 37 são pontos de partida relevantes, com os requisitos de condicionamento de temperatura aplicáveis determinados pelo procedimento selecionado.
Materiais Compostos
Materiais compósitos introduzem considerações adicionais envolvendo alinhamento da amostra, pressão de aderência, medição de deformação e modo de falha.
Para compósitos de matriz polimérica, ASTM D3039/D3039M é um método relevante de ensaio de tração. Seus requisitos devem ser revisados juntamente com as condições de temperatura pretendidas e as capacidades do sistema de teste completo.
Qualificação em Materiais Automotivos e Eletrônicos
Testes de tração com controle de temperatura também podem apoiar a avaliação de materiais para conjuntos automotivos, componentes eletrônicos e produtos industriais.
É importante, no entanto, distinguir entre testar uma amostra de material e testar um produto completo montado.
Uma máquina de tração com câmara ambiental não substitui automaticamente uma câmara de teste ambiental de produto completo. Montagens complexas podem exigir fixações personalizadas, preparação de amostra diferente ou um método de teste alternativo.
Quais normas ASTM e ISO se aplicam?
Não existe um padrão único de ensaio de tração que cubra todas as condições de material e temperatura.
O método correto depende do material da amostra, dos resultados necessários e do propósito da avaliação.
Os padrões a seguir são referências úteis ao planejar um projeto de ensaio de tração em alta ou baixa temperatura.
| Padrão | Aplicação | Consideração Chave |
|---|---|---|
| ASTM D638 | Propriedades de tração dos plásticos | Tipo de amostra, velocidade de teste, condicionamento e método de medição |
| Série ISO 527 | Propriedades de tração dos plásticos | Selecione a peça aplicável para o material |
| ASTM D412 | Propriedades à tração de elastomeros de borracha e termoplásticos | Preparação, pegamento e medição de extensão da amostra |
| ISO 37 | Propriedades de tensão-deformação de tração da borracha | Requisitos de condicionamento e temperatura de teste |
| ASTM D3039/D3039M | Propriedades de tração de compósitos de matriz polimérica | Alinhamento, aderência e medição de deformação |
| ASTM E21 | Teste de tensão a temperaturas elevadas de materiais metálicos | Medição de temperatura e configuração do sistema de teste |
| ISO 6892-2 | Ensaio de tração de materiais metálicos em temperaturas elevadas | Requisitos de controle de temperatura, medição e procedimentos |
Esses padrões não são intercambiáveis, e sua inclusão não significa que uma determinada máquina de teste esteja automaticamente em conformidade com todos eles.
Por exemplo, um teste de plásticos ASTM D638 e um teste de tração metálica de temperatura elevada ASTM E21 podem exigir arranjos de amostras, grips e configurações de medição substancialmente diferentes.
Da mesma forma, não se deve assumir que um padrão de teste de metais em temperatura elevada cobre um teste de baixa temperatura sem revisar o procedimento aplicável.
Antes de adquirir equipamentos, confirme o número padrão exato, a edição e quaisquer requisitos adicionais específicos do cliente.
Esses detalhes devem guiar a configuração da máquina desde o início.
Como é realizado um teste de tração em alta e baixa temperatura?
O princípio básico da carga em tração permanece o mesmo de uma máquina de teste universal convencional. A diferença é que o ambiente térmico se torna uma condição de teste controlada adicional.
Um procedimento típico segue várias etapas conectadas.
Preparação da Amostra e Configuração de Testes
O engenheiro primeiro identifica o material, as dimensões da amostra, o padrão aplicável e os resultados de medição exigidos.
A amostra é então instalada usando pegas adequadas à sua geometria, força de tração esperada e temperatura de teste.
O alinhamento correto é essencial. Se a amostra não estiver posicionada ao longo do eixo de carga pretendido, a flexão não intencional pode influenciar o resultado do teste.
Condicionamento de Temperatura
A câmara é levada à temperatura de teste especificada, e a amostra é condicionada de acordo com o procedimento relevante.
O tempo de condicionamento necessário não deve ser substituído por um período de espera arbitrário simplesmente porque a tela da câmara atingiu seu ponto de ajuste.
Quando necessário, a temperatura da amostra deve ser monitorada ou verificada usando um arranjo apropriado.
Carga por tração e aquisição de dados
Uma vez estabelecidas as condições de teste especificadas, a máquina aplica carga de tração na velocidade ou taxa de deformação prescrita.
O sistema de medição registra os dados necessários, que podem incluir força, deslocamento e deformação da amostra.
Durante os testes, o operador deve observar deslizamento da aderência, deformação anormal ou falha prematura próxima à área de aderência.
Avaliação de Resultados
Após os testes, os resultados são avaliados de acordo com o método selecionado.
Um relatório útil deve identificar o material, geometria da amostra, temperatura de teste, procedimento de condicionamento, velocidade de teste, arranjo de medição e modo de falha observado.
Ao comparar várias temperaturas, a consistência na preparação e no procedimento de teste da amostra é essencial.
Onde os testes de tração com controle de temperatura podem errar?
Uma máquina de teste pode ter capacidade de força suficiente e uma faixa de temperatura adequada na câmara, mas ainda assim produzir resultados questionáveis se o arranjo da amostra ou o sistema de medição não for adequado.
Várias questões práticas merecem atenção especial.
Deslizamento da empunhadura e compatibilidade de dispositivos
As empunhaduras devem segurar a amostra com segurança durante todo o teste, sem causar danos prematuros.
Mudanças de temperatura também podem afetar as dimensões dos aparelhos e o comportamento de aderência. Um aparelho adequado para operação em temperatura ambiente não deve automaticamente ser assumido como adequado para toda a faixa de teste térmico.
O material do fixador, o mecanismo de fixação, a geometria da amostra e a folga de operação devem ser revisados juntos.
Alinhamento do Espécime
Um mau alinhamento introduz condições de carga não intencionais.
Para um sistema com controle de temperatura, as empunhaduras superior e inferior devem permanecer corretamente posicionadas, permitindo espaço suficiente dentro da câmara.
A disposição do aparelho deve ser verificada antes do teste, em vez de tratar o alinhamento como uma correção por software.
Medição de Deformação
O deslocamento da cabeça transversal inclui movimento e deformação dentro do sistema de carga. Dependendo do método de teste, pode não fornecer uma medida aceitável da tensão real da amostra.
Quando for necessário módulo ou medição precisa de alongamento, o arranjo do extensômetro deve ser selecionado de acordo.
O extensômetro também deve ser adequado para o ambiente de teste pretendido. Suas condições de calibração e a faixa de medição utilizável devem ser revisadas separadamente da especificação geral de precisão do UTM.
Curso utilizável e folga na câmara
A câmara deve acomodar mais do que o próprio esmécime.
Os engenheiros devem levar em conta as empunhaduras instaladas, o comprimento da amostra, a extensão esperada, a disposição do extensômetro e a folga necessária para operação.
O curso nominal da máquina não é necessariamente o curso disponível após a instalação completa do sistema de luminária.
Capacidade de Força e Alcance Real de Trabalho
Uma máquina de 50 kN não é automaticamente a melhor escolha para uma amostra que produz uma força de tração relativamente pequena.
A faixa esperada de força de trabalho deve ser verificada em relação à célula de carga selecionada e sua faixa de medição verificada.
Capacidade máxima, resolução de força e precisão da medição são especificações relacionadas, mas não devem ser tratadas como intercambiáveis.
Dentro de um Projeto RS-8000GDW Real: Máquina, Fixaturas e Configuração de Medição
As fotografias do projeto RS-8000GDW de setembro de 2021 mostram mais do que uma estrutura universal de máquina de teste.
Ao lado dos equipamentos, há componentes de aderência separados, acessórios de conexão e documentação do extensômetro. Esses detalhes ilustram algo que muitas vezes é negligenciado ao preparar uma especificação de compra de equipamento: a máquina deve ser configurada como um sistema completo de testes.
O Equipamento Propriamente
DitoAs fotografias do projeto mostram o quadro de carga RS-8000GDW e um gabinete de controle separado durante a preparação do equipamento.
A disposição mecânica da máquina fornece a base para a carga de tração, enquanto a configuração final de teste depende da câmara instalada, dos dispositivos de amostra e dos acessórios de medição.
Para clientes que planejam uma configuração laboratorial semelhante, o espaço de teste utilizável e a disposição necessária dos dispositivos devem ser revisados antes que a configuração do equipamento seja finalizada.
Configuração de Luminárias e Acessórios
As fotografias do projeto que acompanham incluem componentes metálicos ajustáveis de aderência, peças de conexão e outros acessórios mecânicos.
A presença deles é útil porque a escolha dos luminários não é um detalhe secundário de compra. Ela influencia a instalação do espécime, o alinhamento, o curso disponível e o funcionamento prático do sistema completo de teste.
Para uma nova aplicação, a disposição de aderência deve ser revisada em relação ao desenho da amostra, força esperada e temperatura de teste especificada.
As fotografias do projeto sozinhas não comprovam que cada acessório mostrado seja adequado para toda a faixa de temperatura disponível da máquina.
Documentação do extensômetro
O arquivo do projeto também contém fotografias de um extensômetro GWB-200 e documentação correspondente de calibração.
O registro visível identifica um comprimento de bitola de 20 mm, classificação Classe 0.5, faixa de calibração de 0 a 1,0 mm e temperatura de calibração de 25°C.
Isso fornece um exemplo útil de documentação relacionada à medição associada a um projeto real de equipamento de teste.
No entanto, isso não demonstra que o desempenho de medição do extensômetro tenha sido verificado em uma faixa de testes de alta e baixa temperatura.
Para aplicações que exigem medição direta de deformação sob exposição térmica, o extensômetro e suas condições de operação devem ser confirmados como parte da configuração final do sistema.
A lição prática deste projeto é simples: a estrutura de carga, a câmara, os dispositivos e o sistema de medição devem ser revisados juntos, não adquiridos como componentes não relacionados.
Escolhendo a Máquina de Teste de Tração Alta e Baixa Certa
Uma especificação útil do equipamento começa com o próprio teste.
Antes de selecionar uma máquina, os engenheiros devem estabelecer a faixa de temperatura necessária, as dimensões da amostra, a força de tração esperada, os padrões e saídas de medição aplicáveis.
Esses requisitos determinam se a célula de carga proposta, a câmara, os dispositivos e o espaço de teste disponível são adequados.
ITM-LAB RS-8000GDW — Configuração Padrão
O ITM-LAB RS-8000GDW combina uma máquina universal de teste com um ambiente de teste controlado por temperatura para avaliação de materiais fora da temperatura ambiente.
A configuração padrão discutida neste guia fornece uma faixa de temperatura de −40°C a +150°C.
As principais especificações do produto estão resumidas abaixo.
| Parâmetro | RS-8000GDW |
|---|---|
| Faixa padrão de temperatura | −40°C a +150°C |
| Capacidades Disponíveis das Células de Carga | 500 N / 1 kN / 2 kN / 5 kN / 10 kN / 20 kN / 50 kN |
| Resolução de Carga | 1/500.000 |
| Precisão do Equipamento | Nível 0,5 |
| Curso (Excluindo Empunhaduras) | 300–500 mm, personalizado |
| Velocidade de Teste | 0,001–500 mm/min ou 1–1000 mm/min, dependendo da configuração |
| Resolução de Deslocamento | 0,01 mm |
| Interior da Câmara de Referência | 300 × 350 × 600 mm, personalizáveis |
| Desvio de temperatura | ±2°C |
As especificações são baseadas na documentação do produto ITM-LAB fornecida e na configuração padrão de temperatura confirmada. O desempenho final dos equipamentos e as condições operacionais devem ser verificados em relação à especificação aprovada do projeto.
Para aplicações que exigem uma faixa térmica mais ampla, uma configuração personalizada que se estende de −70°C a +250°C está disponível para revisão de engenharia. Essa não é a especificação padrão da máquina padrão.
O que deve ser Confirmado antes de fazer o pedido?
Uma cotação deve identificar a capacidade selecionada da célula de carga, a configuração necessária da câmara, as empunhaduras da amostra e o arranjo de medição.
O padrão de teste pretendido também deve ser revisado em relação ao sistema completo.
Por exemplo, um teste que exige medição direta da deformação da amostra pode exigir uma configuração de acessórios diferente de um teste rotineiro que registra força e deslocamento do cabeçote.
Da mesma forma, a geometria do espécime e o alongamento esperado podem influenciar o curso utilizável e a folga da câmara necessária.
Selecionar esses detalhes cedo ajuda a evitar a compra de uma máquina que atenda às especificações principais, mas que seja difícil de configurar para o teste pretendido.
Antes de Solicitar uma Cotação
Se você já tem um desenho de amostra e um padrão de teste, esses dois documentos são o melhor ponto de partida para uma discussão sobre equipamentos.
Eles ajudam o fabricante a avaliar a faixa de força necessária, as condições de temperatura, as empunhaduras e a configuração da medição antes de preparar um orçamento.
Para uma consulta RS-8000GDW, as informações mais úteis incluem:
-
Tipo de material e aplicação pretendida
-
Padrão de teste e edição obrigatória
-
Desenho ou dimensões do espécime
-
Temperaturas mínimas e máximas de teste
-
Intervalo esperado de força de tração
-
Velocidade de teste ou taxa de deformação exigida
-
Resultados necessários, incluindo qualquer medição direta de deformação
-
Requisitos de instalação e necessidades de luminárias personalizadas
Se a configuração final ainda não tiver sido determinada, o ITM-LAB pode revisar a amostra disponível e as informações de teste para ajudar a identificar uma configuração inicial adequada.
FAQ
- Uma máquina de teste universal pode realizar testes de tração em baixas e altas temperaturas?
Sim. Um UTM pode realizar testes de tração com controle de temperatura quando configurado com uma câmara ambiental apropriada, dispositivos e sistema de medição. A adequação depende da configuração completa e do método de teste necessário.
- De −40°C a +150°C é suficiente para todo teste de tração dependente da temperatura?
Não. Esta é a faixa padrão de temperatura da configuração RS-8000GDW discutida aqui. A faixa real exigida deve ser determinada pela aplicação, especificação do material ou padrão de teste. Condições de temperatura mais exigentes podem exigir um sistema personalizado.
- É possível usar as mesmas empunhaduras tensas em temperatura ambiente e elevada?
Não necessariamente. Materiais de empunhadura, mecanismos de fixação, expansão térmica e comportamento da amostra devem ser considerados. A adequação dos equipamentos deve ser confirmada para as condições operacionais pretendidas.
- Uma máquina de teste de Nível 0.5 está automaticamente em conformidade com as normas ASTM ou ISO?
Não. A precisão da máquina é apenas uma parte da avaliação. A conformidade com um método de teste específico também depende da preparação da amostra, fixações, controle de temperatura, alcance de medição verificado, medição de deformação e do procedimento necessário.
Configure seu sistema de teste de tração com controle de temperatura com o ITM-LAB
Um projeto de ensaio de tração em alta e baixa temperatura deve começar com o material e o método de teste — não apenas a força máxima ou temperatura impressa em um catálogo de máquinas.
Se você está planejando um novo sistema de teste ou atualizando um laboratório existente, envie ao ITM-LAB os detalhes da sua amostra, o padrão de teste exigido e a faixa de temperatura.
Nossa equipe pode analisar a aplicação e recomendar uma configuração adequada de RS-8000GDW, incluindo a célula de carga, câmara, fixações e acessórios de medição.
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