eng
Мы продолжаем рассказ об универсальных испытательных машинах, которые выпускает компания Shimadzu. В предыдущей статье подробно рассмотрена линейка универсальных испытательных машин для статических испытаний. Это напольные и настольные электромеханические машины серий AG-X, AGS-X и EZTest, а также сервогидравлические машины серии UH-X. Обсуждались их возможности, области применения, аксессуары и программное обеспечение. Вторая часть посвящена другому оборудованию для механических испытаний – сервопульсерам, высокоскоростным машинам и микротвердомерам, которые также выпускает компания Shimadzu.
Теги: microhardness testers servopulsers testing machine испытательные машины микротвердомеры сервопульсеры
Сервопульсеры
В этом сегменте мы предлагаем три типа машин: сервогидравлические, электромагнитные и ультразвуковые. Они отличаются друг от друга по диапазону нагрузок и принципу работы.
Сервогидравлические системы Servopulser series
Пользователь может выбрать любую из трех типов модификаций: настольная (рис.1) с верхним расположением актуатора (модификация L на ±5, ±10 и ±20 кН), напольная (рис.2) с нижним расположением актуатора (модификация E на ±50, ±100 и ±200 кН), а также напольная (рис.3) с верхним расположением актуатора (модификация U на ±50, ±100 и ±200 кН). Каждая модификация может быть оснащена различными аксессуарами для проведения усталостных испытаний при растяжении, сжатии трех-, четырехточечном изгибе, а также для испытаний на инициирование / раскрытие трещины. Отметим, что машину модификации U можно использовать для испытаний целых узлов и механизмов благодаря основанию с Т-образными слотами и большому пространству между колоннами.
Сервопульсер управляется через 24-х битный контроллер 4830, который позволяет создавать самые разнообразные варианты испытаний образца и обеспечивает превосходную точность и воспроизводимость результатов. Пользователь может задавать практически любую форму волны, которая отображается на жидкокристаллическом экране контроллера во время испытания. Функция контроля испытательного усилия поддерживает стабильную форму волны, а функция корректировки искажения формы волны обеспечивает прекрасную воспроизводимость. Благодаря встроенной стандартной функции отображения формы волны на экране в режиме реального времени видна форма волны в координатах X-Y и численные значения параметров. Помимо стандартного ПО, компания Shimadzu предлагает несколько опционных пакетов для изучения процессов образования и раскрытия трещины.
Сочетание возможностей контроллера и программного обеспечения расширяет спектр проводимых экспериментов (от стандартных до специальных) по моделированию процессов нагружения материала, которые он испытывает в ходе эксплуатации. В результате разработчики новых материалов могут получить ценную информацию об их поведении в реальных условиях.
Гидравлические станции, входящие в комплект сервогидравлического сервопульсера, оснащены воздушной или водяной системой охлаждения. Они обеспечивают работу машины в заданных амплитудно-частотных характеристиках (частота 0–40 Гц, амплитуда от –50 до +50 мм).
Shimadzu предлагает JF series Force Simulator, который также относится к сервогидравлическим машинам, но, в отличие от описанных выше, предназначен для приложения циклической нагрузки к определенным частям испытуемых деталей и механизмов. Его можно устанавливать на различных рамах и под любым углом к испытуемому объекту. Длина хода актуатора может достигать 300 мм. С помощью JF series Force Simulator можно задавать многоосное нагружение (двумя и более JF series Force Simulator) испытуемого объекта, а их синхронизация будет обеспечиваться вышеупомянутым 24-х битным контроллером 4830.
На наш взгляд, это оборудование, в первую очередь, необходимо в лабораториях, которые занимаются изучением поведения деталей, узлов и механизмов в условиях, близких к условиям эксплуатации. Например, узел крепления бампера автомобиля так же, как и многие другие детали подвески, во время движения подвергается трехосному нагружению. Если этот фактор не учитывать, то поломка может произойти гораздо быстрее, чем ее ожидаешь. С другой стороны, чрезмерное повышение прочности детали приводит к увеличению ее массы и, соответственно, затрат на производство и эксплуатацию. Многоосные испытания с использованием JF series Force Simulator помогут рассчитать правильные параметры для таких объектов.
Электромагнитные сервопульсеры
Электромагнитные сервопульсеры Shimadzu MMT и EMT series предназначены для испытаний образцов, не требующих больших нагрузок. У них, можно сказать, узкая специализация. Серия ММТ (на ±10, ±100, ±250 и ±500 Н) изначально разработана для тестирования компонентов электроники, а также материалов, из которых эти детали изготавливают. Они имеют небольшие габариты и вес и легко устанавливаются на лабораторном столе. Для работы этого сервопульсера требуется только электрическая розетка. На нем можно проводить усталостные испытания при растяжении, сжатии, трех-, четырехточечном изгибе. Сервопульсеры серии ММТ работают с частотой до 100 Гц и амплитудой ±10 мм.
Серия ЕМТ специально разработана для испытаний высокоэластичных материалов. Они работают с частотой до 200 Гц (нагрузка ±1 кН), при этом линейная скорость актуатора может достигать 2 м/с. Обе серии электромагнитных сервопульсеров управляются контроллером 4830, который обеспечивает высокую точность измерения нагрузки.
Ультразвуковые испытательные машины
Сегодня в повседневной практике все чаще используют особо прочные материалы с очень высокими пределами выносливости. До недавнего времени такие материалы испытывали в основном с помощью резонансных машин, работающих с частотой 300 Гц. Но для материалов с пределами выносливости 1010 циклов и выше такая частота испытаний недостаточна, так как одно испытание в этом случае может длиться целый год.
Компания Shimadzu разработала уникальную испытательную машину (USF-2000) для работы с современными высокопрочными сплавами металлов. USF-2000 (рис.4) работает с частотой 20 000 Гц и может создавать напряжение до 1000 МПа. Применение USF-2000 для испытаний материалов с пределами выносливости 1010 циклов и выше, позволит сократить время испытаний до одной недели.
Высокоскоростные
испытательные машины
Поведение материалов под нагрузкой может сильно зависеть от скорости нагружения. Классические испытания материалов проводят при небольших скоростях нагружения, что позволяет определить их поведение в "стандартных" условиях. Но в реальной жизни эти материалы могут подвергаться нагрузкам со скоростями, отличными от "классических". Важно знать, как поведет себя материал в этом случае, поскольку от этого может зависеть наша безопасность.
Впервые требования по испытанию материалов при больших скоростях были сформулированы автопроизводителями. Дело в том, что когда автомобиль сталкивается с препятствием, то элементы его конструкции нагружаются со скоростью равной скорости движения автомобиля. Это в тысячи / десятки тысяч раз больше скорости нагружения при стандартных испытаниях. Сегодня материалы для производства автомобилей проходят испытания по ASTM D 3763 и ISO 6603-2 на специальных высокоскоростных машинах. Информация о динамической прочности материалов очень важна для разработчиков новых материалов и для конструкторов автомобилей.
Компания Shimadzu производит два типа высокоскоростных машин: для испытаний на удар и на растяжение (HITS-P и HITS-T). Эти машины мощностью 10 кН позволяют проводить испытания при скоростях от 1 до 20 м/с (удар) и от 0,0001 до 20 м/с (растяжение). Максимальное усилие удара/разрыва, поглощаемая энергия, деформация и другие параметры испытаний выводятся в отчет в виде графиков.
Специальная оснастка позволяет надежно закрепить образец, а также установить на нем датчики деформации. Инденторы, используемые в тестах на удар, интегрированы с датчиками нагрузки. Повышению эффективности тестов также способствует строгий контроль температурного режима в испытательных термокамерах. Высокоскоростные машины Shimadzu применяют для испытания полимеров, композитных материалов, алюминиевых сплавов и других объектов.
Микротвердомеры
Определение твердости материалов, казалось бы, самая консервативная часть механических испытаний. Поэтому оборудование для определения твердости практически не меняется. Но компания Shimadzu разработала новые микротвердомеры, которые открывают дополнительные возможности для пользователя.
Микротвердомеры серии HMV-G
Серия представлена микротвердомерами HMV-G20 (ручное управление) и HMV-G21 (компьютерное управление). Они отличаются от своих предшественников, по крайней мере, двумя особенностями. Во-первых, это необычная рама микротвердомера, которая теперь имеет G-образную форму (рис.5), что позволяет разместить на рабочем столике объекты больших размеров, а также работать с длинными образцами. Во-вторых, на турели микротвердомера можно размещать до 2-х инденторов и до 4-х объективов. Благодаря этому оператору нет необходимости проводить повторное индентирование, если отпечаток имеет маленькие размеры. Достаточно просто переключиться на линзу с большим увеличением и провести измерение диагоналей отпечатка.
В базовой комплектации микротвердомеры серии HMV-G оснащены индентором Виккерса. В качестве опций предлагаются инденторы Кнуппа, Бринеля и Берковича (трехгранная пирамида с углом 115°). Программное обеспечение позволяет пересчитать результаты измерений твердости по Виккерсу в твердость по Роквеллу, а также в другие величины. Микротвердомеры серии HMV-G можно оснастить электротурелью, различными держателями образцов, блоком малых нагрузок. Последняя опция расширяет область применения микротвердомеров до очень мягких материалов. Например, микротвердомеры серии HMV-G можно использовать для определения твердости солода, используемого в пивоварении.
Программное обеспечение имеет много полезных функций, таких как определение границы образца, создание программы последовательного индентирования для объектов сложной геометрии, а также новый алгоритм считывания отпечатка для работы с неполированными образцами. Отметим, что в микротвердомере серии HMV-G21, управляемым с компьютера и имеющем функцию автоматического считывания отпечатка, сохранена возможность определения размеров отпечатка непосредственно оператором.
Микротвердомеры серии DUH
Сегодня все более актуальна задача определения твердости нестандартных объектов – тонких пленок (покрытий), стекла, керамики, эластичных материалов и т.д. Во всех этих случаях невозможно использование обычных микротвердомеров в силу разных причин: разрушение исследуемого объекта из-за его хрупкости, несохранение отпечатка после снятия нагрузки на эластичном материале и т.д.
Для работы с подобными объектами компания Shimadzu предлагает ультрамикротвердомеры серии DUH. Их еще называют "динамическими микротвердомерами". Важная особенность работы ультрамикротвердомера в том, что можно задавать либо глубину погружения индентора в образец (шаг перемещения составляет 0,0001 мкм), либо скорость нагружения образца. Кроме того, возможно не только однократное нагружение, но и работа в следующих режимах: нагрузка-разгрузка, нагрузка-удержание, пошаговая нагрузка, нагрузка-разгрузка с установкой глубины и т.д.
Ультрамикротвердомеры серии DUH широко используются для испытаний волокон из стекла и углерода, элементов электроники и эластичных материалов. Также их применяют при исследовании различных геологических образцов для измерения твердости отдельных микрокристаллов.
Еще одна из важных сфер применения ультрамикротвердомера серии DUH – определение твердости пленок и покрытий, наносимых на основной материал (матрицу), а также одновременное измерение толщины этого покрытия / пленки. Эта процедура не требует предварительной пробоподготовки и занимает всего несколько минут!
Завершая наш обзор испытательных машин и микротвердомеров от компании Shimadzu, мы надеемся, что смогли донести до наших настоящих и потенциальных заказчиков информацию, которая поможет в выборе такого оборудования и в дальнейшей работе с ним. Отметим, что все испытательные машины и микротвердомеры Shimadzu соответствуют международным и российским стандартам и внесены в Госреестр средств измерений. Наши клиенты наряду с высококлассным оборудованием получат полноценную сервисную и методическую поддержку.
Компания Shimadzu постоянно работает над новыми образцами испытательного оборудования, мы и в дальнейшем планируем информировать читателей о всех новых разработках.
В этом сегменте мы предлагаем три типа машин: сервогидравлические, электромагнитные и ультразвуковые. Они отличаются друг от друга по диапазону нагрузок и принципу работы.
Сервогидравлические системы Servopulser series
Пользователь может выбрать любую из трех типов модификаций: настольная (рис.1) с верхним расположением актуатора (модификация L на ±5, ±10 и ±20 кН), напольная (рис.2) с нижним расположением актуатора (модификация E на ±50, ±100 и ±200 кН), а также напольная (рис.3) с верхним расположением актуатора (модификация U на ±50, ±100 и ±200 кН). Каждая модификация может быть оснащена различными аксессуарами для проведения усталостных испытаний при растяжении, сжатии трех-, четырехточечном изгибе, а также для испытаний на инициирование / раскрытие трещины. Отметим, что машину модификации U можно использовать для испытаний целых узлов и механизмов благодаря основанию с Т-образными слотами и большому пространству между колоннами.
Сервопульсер управляется через 24-х битный контроллер 4830, который позволяет создавать самые разнообразные варианты испытаний образца и обеспечивает превосходную точность и воспроизводимость результатов. Пользователь может задавать практически любую форму волны, которая отображается на жидкокристаллическом экране контроллера во время испытания. Функция контроля испытательного усилия поддерживает стабильную форму волны, а функция корректировки искажения формы волны обеспечивает прекрасную воспроизводимость. Благодаря встроенной стандартной функции отображения формы волны на экране в режиме реального времени видна форма волны в координатах X-Y и численные значения параметров. Помимо стандартного ПО, компания Shimadzu предлагает несколько опционных пакетов для изучения процессов образования и раскрытия трещины.
Сочетание возможностей контроллера и программного обеспечения расширяет спектр проводимых экспериментов (от стандартных до специальных) по моделированию процессов нагружения материала, которые он испытывает в ходе эксплуатации. В результате разработчики новых материалов могут получить ценную информацию об их поведении в реальных условиях.
Гидравлические станции, входящие в комплект сервогидравлического сервопульсера, оснащены воздушной или водяной системой охлаждения. Они обеспечивают работу машины в заданных амплитудно-частотных характеристиках (частота 0–40 Гц, амплитуда от –50 до +50 мм).
Shimadzu предлагает JF series Force Simulator, который также относится к сервогидравлическим машинам, но, в отличие от описанных выше, предназначен для приложения циклической нагрузки к определенным частям испытуемых деталей и механизмов. Его можно устанавливать на различных рамах и под любым углом к испытуемому объекту. Длина хода актуатора может достигать 300 мм. С помощью JF series Force Simulator можно задавать многоосное нагружение (двумя и более JF series Force Simulator) испытуемого объекта, а их синхронизация будет обеспечиваться вышеупомянутым 24-х битным контроллером 4830.
На наш взгляд, это оборудование, в первую очередь, необходимо в лабораториях, которые занимаются изучением поведения деталей, узлов и механизмов в условиях, близких к условиям эксплуатации. Например, узел крепления бампера автомобиля так же, как и многие другие детали подвески, во время движения подвергается трехосному нагружению. Если этот фактор не учитывать, то поломка может произойти гораздо быстрее, чем ее ожидаешь. С другой стороны, чрезмерное повышение прочности детали приводит к увеличению ее массы и, соответственно, затрат на производство и эксплуатацию. Многоосные испытания с использованием JF series Force Simulator помогут рассчитать правильные параметры для таких объектов.
Электромагнитные сервопульсеры
Электромагнитные сервопульсеры Shimadzu MMT и EMT series предназначены для испытаний образцов, не требующих больших нагрузок. У них, можно сказать, узкая специализация. Серия ММТ (на ±10, ±100, ±250 и ±500 Н) изначально разработана для тестирования компонентов электроники, а также материалов, из которых эти детали изготавливают. Они имеют небольшие габариты и вес и легко устанавливаются на лабораторном столе. Для работы этого сервопульсера требуется только электрическая розетка. На нем можно проводить усталостные испытания при растяжении, сжатии, трех-, четырехточечном изгибе. Сервопульсеры серии ММТ работают с частотой до 100 Гц и амплитудой ±10 мм.
Серия ЕМТ специально разработана для испытаний высокоэластичных материалов. Они работают с частотой до 200 Гц (нагрузка ±1 кН), при этом линейная скорость актуатора может достигать 2 м/с. Обе серии электромагнитных сервопульсеров управляются контроллером 4830, который обеспечивает высокую точность измерения нагрузки.
Ультразвуковые испытательные машины
Сегодня в повседневной практике все чаще используют особо прочные материалы с очень высокими пределами выносливости. До недавнего времени такие материалы испытывали в основном с помощью резонансных машин, работающих с частотой 300 Гц. Но для материалов с пределами выносливости 1010 циклов и выше такая частота испытаний недостаточна, так как одно испытание в этом случае может длиться целый год.
Компания Shimadzu разработала уникальную испытательную машину (USF-2000) для работы с современными высокопрочными сплавами металлов. USF-2000 (рис.4) работает с частотой 20 000 Гц и может создавать напряжение до 1000 МПа. Применение USF-2000 для испытаний материалов с пределами выносливости 1010 циклов и выше, позволит сократить время испытаний до одной недели.
Высокоскоростные
испытательные машины
Поведение материалов под нагрузкой может сильно зависеть от скорости нагружения. Классические испытания материалов проводят при небольших скоростях нагружения, что позволяет определить их поведение в "стандартных" условиях. Но в реальной жизни эти материалы могут подвергаться нагрузкам со скоростями, отличными от "классических". Важно знать, как поведет себя материал в этом случае, поскольку от этого может зависеть наша безопасность.
Впервые требования по испытанию материалов при больших скоростях были сформулированы автопроизводителями. Дело в том, что когда автомобиль сталкивается с препятствием, то элементы его конструкции нагружаются со скоростью равной скорости движения автомобиля. Это в тысячи / десятки тысяч раз больше скорости нагружения при стандартных испытаниях. Сегодня материалы для производства автомобилей проходят испытания по ASTM D 3763 и ISO 6603-2 на специальных высокоскоростных машинах. Информация о динамической прочности материалов очень важна для разработчиков новых материалов и для конструкторов автомобилей.
Компания Shimadzu производит два типа высокоскоростных машин: для испытаний на удар и на растяжение (HITS-P и HITS-T). Эти машины мощностью 10 кН позволяют проводить испытания при скоростях от 1 до 20 м/с (удар) и от 0,0001 до 20 м/с (растяжение). Максимальное усилие удара/разрыва, поглощаемая энергия, деформация и другие параметры испытаний выводятся в отчет в виде графиков.
Специальная оснастка позволяет надежно закрепить образец, а также установить на нем датчики деформации. Инденторы, используемые в тестах на удар, интегрированы с датчиками нагрузки. Повышению эффективности тестов также способствует строгий контроль температурного режима в испытательных термокамерах. Высокоскоростные машины Shimadzu применяют для испытания полимеров, композитных материалов, алюминиевых сплавов и других объектов.
Микротвердомеры
Определение твердости материалов, казалось бы, самая консервативная часть механических испытаний. Поэтому оборудование для определения твердости практически не меняется. Но компания Shimadzu разработала новые микротвердомеры, которые открывают дополнительные возможности для пользователя.
Микротвердомеры серии HMV-G
Серия представлена микротвердомерами HMV-G20 (ручное управление) и HMV-G21 (компьютерное управление). Они отличаются от своих предшественников, по крайней мере, двумя особенностями. Во-первых, это необычная рама микротвердомера, которая теперь имеет G-образную форму (рис.5), что позволяет разместить на рабочем столике объекты больших размеров, а также работать с длинными образцами. Во-вторых, на турели микротвердомера можно размещать до 2-х инденторов и до 4-х объективов. Благодаря этому оператору нет необходимости проводить повторное индентирование, если отпечаток имеет маленькие размеры. Достаточно просто переключиться на линзу с большим увеличением и провести измерение диагоналей отпечатка.
В базовой комплектации микротвердомеры серии HMV-G оснащены индентором Виккерса. В качестве опций предлагаются инденторы Кнуппа, Бринеля и Берковича (трехгранная пирамида с углом 115°). Программное обеспечение позволяет пересчитать результаты измерений твердости по Виккерсу в твердость по Роквеллу, а также в другие величины. Микротвердомеры серии HMV-G можно оснастить электротурелью, различными держателями образцов, блоком малых нагрузок. Последняя опция расширяет область применения микротвердомеров до очень мягких материалов. Например, микротвердомеры серии HMV-G можно использовать для определения твердости солода, используемого в пивоварении.
Программное обеспечение имеет много полезных функций, таких как определение границы образца, создание программы последовательного индентирования для объектов сложной геометрии, а также новый алгоритм считывания отпечатка для работы с неполированными образцами. Отметим, что в микротвердомере серии HMV-G21, управляемым с компьютера и имеющем функцию автоматического считывания отпечатка, сохранена возможность определения размеров отпечатка непосредственно оператором.
Микротвердомеры серии DUH
Сегодня все более актуальна задача определения твердости нестандартных объектов – тонких пленок (покрытий), стекла, керамики, эластичных материалов и т.д. Во всех этих случаях невозможно использование обычных микротвердомеров в силу разных причин: разрушение исследуемого объекта из-за его хрупкости, несохранение отпечатка после снятия нагрузки на эластичном материале и т.д.
Для работы с подобными объектами компания Shimadzu предлагает ультрамикротвердомеры серии DUH. Их еще называют "динамическими микротвердомерами". Важная особенность работы ультрамикротвердомера в том, что можно задавать либо глубину погружения индентора в образец (шаг перемещения составляет 0,0001 мкм), либо скорость нагружения образца. Кроме того, возможно не только однократное нагружение, но и работа в следующих режимах: нагрузка-разгрузка, нагрузка-удержание, пошаговая нагрузка, нагрузка-разгрузка с установкой глубины и т.д.
Ультрамикротвердомеры серии DUH широко используются для испытаний волокон из стекла и углерода, элементов электроники и эластичных материалов. Также их применяют при исследовании различных геологических образцов для измерения твердости отдельных микрокристаллов.
Еще одна из важных сфер применения ультрамикротвердомера серии DUH – определение твердости пленок и покрытий, наносимых на основной материал (матрицу), а также одновременное измерение толщины этого покрытия / пленки. Эта процедура не требует предварительной пробоподготовки и занимает всего несколько минут!
Завершая наш обзор испытательных машин и микротвердомеров от компании Shimadzu, мы надеемся, что смогли донести до наших настоящих и потенциальных заказчиков информацию, которая поможет в выборе такого оборудования и в дальнейшей работе с ним. Отметим, что все испытательные машины и микротвердомеры Shimadzu соответствуют международным и российским стандартам и внесены в Госреестр средств измерений. Наши клиенты наряду с высококлассным оборудованием получат полноценную сервисную и методическую поддержку.
Компания Shimadzu постоянно работает над новыми образцами испытательного оборудования, мы и в дальнейшем планируем информировать читателей о всех новых разработках.
Отзывы читателей
