[發明專利]金屬材料等應力幅動態氫脆性能試驗裝置及方法

在審

• 申請號: 201810267680.1
• 申請日: 2018-03-28
• 公開（公告）號: CN108469376A
• 公開（公告）日: 2018-08-31
• 發明（設計）人: 薛歡;劉念;毛新平;徐進橋;劉冬;熊飛;汪水澤;葛銳;王靚
• 申請（專利權）人: 武漢鋼鐵有限公司
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 鐘鋒

1.一種金屬材料等應力幅動態氫脆性能試驗裝置，其特征在于：包括棒狀或板狀的試樣，試樣工作部分位于中部、平行且窄于兩端、與兩端圓弧過渡，試樣上下兩端分別由上夾體和下夾體夾持，上夾體和下夾體均通過絕緣材料層與試樣隔離，上夾體與上方的裝有力傳感器的作動器連接，力傳感器測得的動態載荷信號由信號采集器收集后傳入作動器控制器，下夾體與下方的立柱連接，立柱支撐在基座上，試樣位于箱體內，上夾體不接觸的伸出箱體，下夾體密封的伸出箱體且與箱體固定，箱體外設有電化學工作站和進出液機構、內設有參比電極和輔助電極，進出液機構能向箱體充入和排出電解沖氫介質，電化學工作站由電源供電且分別為試樣工作部分、參比電極和輔助電極供電。

2.如權利要求1所述的金屬材料等應力幅動態氫脆性能試驗裝置，其特征在于：進出液機構包括水泵，水泵通過進水管與水箱上部連接、通過出水管與水箱底部連接、通過外水管外接，進水管、出水管和外水管上均有閥門。

3.如權利要求1所述的金屬材料等應力幅動態氫脆性能試驗裝置，其特征在于：作動器控制器對作動器進行應力閉環反饋控制。

4.如權利要求1所述的金屬材料等應力幅動態氫脆性能試驗裝置，其特征在于：電化學工作站通過隔離變壓器與電源相連。

5.如權利要求1所述的金屬材料等應力幅動態氫脆性能試驗裝置，其特征在于：下夾體通過耐腐蝕密封材料與箱體密封。

6.一種基于權利要求1至5任一所述的金屬材料等應力幅動態氫脆性能試驗裝置的試驗方法，其特征在于：包括步驟，

S1、加工試樣，要求試樣工作部分長度小于8倍的直徑或厚度，試樣工作部分與試樣兩端的過渡圓弧半徑大于兩倍的直徑或厚度，試樣兩端的直徑或寬度大于兩倍的試樣工作部分的直徑或厚度，試樣的平行度、同軸度、垂直度要小于試樣工作部分的直徑或厚度的5‰；

S2、安裝試樣前，對作動器的加力軸線、上夾體中心線和下夾體中心線進行同軸度檢查，要求不同軸度產生的彎曲應變不大于5％；

S3、安裝試樣后，充入電解沖氫介質，要求電解沖氫介質高于試樣工作部分且低于上夾體；

S4、采用升降法進行軸向疲勞試驗，試驗時，電化學工作站通過控制沖氫電流來間接控制試樣表面沖氫量，作動器對試樣進行軸向拉/壓加載，在一組試驗內，作動器保持應力比和平均應力不變，凡前一根試樣不到指定壽命就破壞的，后一根試樣就在低一級沖氫電流下進行，凡前一根試樣超過指定壽命破壞的，則后一根試樣就在高一級沖氫電流下進行，直到完成全部實驗為止；

S5、進行驗證試驗，利用剩余的試樣來驗證前面試驗中所得到的疲勞強度結果，試驗疲勞強度設置為試驗預測疲勞極限，如均不發生斷裂即為合格；

S6、進行成組法試驗，取不同級應力，對每一級應力，取3-4級沖氫電流，在每一級沖氫電流下試驗一組試樣，得到不同級應力和不同級沖氫電流下對應的材料疲勞壽命；

S7、進行數據處理，通過最小二乘法擬合出不同級應力下的沖氫電流強度-材料疲勞壽命圖和不同級沖氫電流下的應力-材料疲勞壽命圖。

7.如權利要求6所述的金屬材料等應力幅動態氫脆性能試驗方法，其特征在于：在S1中，試樣加工時，從離最終直徑0.1mm開始采用磨削，以每轉不超過0.004mm的速率進行，然后進行拋光，用逐次變細的砂布或砂紙處理掉最后的0.025mm，最后的拋光方向沿試樣的軸向，對于試樣表面，要求表面平均粗糙度小于0.2μm，在20倍低倍放大情況下不能有明顯劃痕。

8.如權利要求6所述的金屬材料等應力幅動態氫脆性能試驗方法，其特征在于：在S4中，作動器保持應力比R＝-1、平均應力為0MPa、試驗頻率在50-250Hz之間應力比和平均應力不變。

9.如權利要求6所述的金屬材料等應力幅動態氫脆性能試驗方法，其特征在于：在S5中，試驗疲勞強度設置為10⁷次。