[發明專利]一種超低溫下板材成形性能的測試裝置及測試方法

有效

• 申請號: 201811267371.0
• 申請日: 2018-10-29
• 公開（公告）號: CN109238840B
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發明（設計）人: 劉偉;苑世劍
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01N3/04
• 分類號: G01N3/04;G01N3/00
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 牟永林

一種超低溫下板材成形性能的測試裝置及測試方法，涉及金屬板材性能測試技術領域。本發明為了克服現有的測試裝置不能獲得金屬板材在超低溫和復雜應力狀態下的變形信息和力學性能的問題。本發明包括超低溫冷卻系統、變形測試系統、保溫箱、冷卻劑回收裝置、排氣裝置、在線采集系統和計算機控制系統；保溫箱用于保溫，排氣裝置通過排氣孔將保溫箱中霧氣吸出箱外，冷卻劑回收裝置通過排液孔將測試后剩余的冷卻劑進行回收；超低溫冷卻系統通過進液孔為金屬板材提供所需的不同的測試低溫；變形測試系統固定金屬板材并通過板材成形裝置對金屬板材進行復雜應力測試；線采集系統和計算機控制系統實時監測并記錄測試參數。本發明用于金屬板材的性能測試。

技術領域

本發明涉及金屬板材力學性能測試技術領域，尤其是一種超低溫環境和復雜應力條件下的板材力學成形性能的測試裝置及測試方法。

背景技術

鋁及鋁合金、銅及銅合金、鈦及鈦合金、奧氏體不銹鋼等結構材料具有特殊的超低溫性能，用于制造低溫壓力容器、低溫儲罐、管件、閥門等工業產品，被廣泛地應用在宇航工業、高能物理、超導技術及核工業等領域。這類產品通常是在復雜的應力條件和超低溫環境下服役，復雜應力狀態下的低溫力學性能決定了這類構件的服役壽命和工作可靠性。以新一代運載火箭低溫燃料貯箱為例，貯箱的服役環境和受力狀況十分復雜，內部存儲大量低溫液氫-253℃和液氧-182℃，受到內壓、振動、沖擊等復雜載荷作用，其低溫下的服役性能嚴重影響運載火箭的可靠性。

此外，利用某些金屬材料在超低溫下的增強增塑效應來整體成形復雜構件，是實現輕量化、高強度產品制造的一個新方法，可以代替現有的“分塊成形再拼焊”的制造技術，顯著提高低溫產品的可靠性，縮短制造周期。因此，建立超低溫和復雜應力下力學性能的測試裝置與測試方法，獲得材料在超低溫環境和復雜應力狀態下的力學性能，為掌握超低溫下材料的服役行為和成形制造具有十分重要的意義。

目前，超低溫力學性能測試方法主要為低溫單向拉伸法，專利ZL201110156277.X公開了一種低溫拉伸試驗系統，通過設置低溫風道、預冷室和拉伸工作室聯通的方法，先對拉伸試樣進行預冷處理，然后進行低溫的單向拉伸，但該專利只能獲得單向應力狀態下的基本力學參量，不能獲得材料在復雜應力狀態下的變形信息和力學性能。

專利ZL201120192712.X、ZL201310288579.1公開了一種用于金屬材料低溫拉深的實驗裝置，該裝置將液氮氣化，利用液氮氣霧進行冷卻，同時將拉深試樣密閉在不銹鋼保溫箱中進行試驗，但該專利不能獲得試樣在整個低溫變形過程中的變形信息，同時氣霧冷卻不能夠將板材冷卻至超低溫溫度，冷卻效果較差。

板材在超低溫環境下受復雜應力產生的變形行為十分復雜，而傳統的單向應力狀態測量不能準確反映板材在超低溫環境下的變形信息。采用密閉冷卻的方法雖然能夠獲得板材的超低溫變形溫度，但不能進行板材在超低溫和復雜應力狀態下變形信息的動態實時測量，只能獲得少量的力學性能參量，無法精確反映板材在超低溫環境下的變形特征等。因此，進行超低溫和復雜應力下板材力學性能的測試尤為重要。

發明內容

本發明需要解決的技術問題是：為了克服現有的測試裝置存在只能獲得金屬板材在單向應力狀態下的基本力學參量，而不能獲得金屬板材在復雜應力狀態下的變形信息和力學性能的問題。進而提供一種超低溫環境和復雜應力條件下的板材成形性能的測試裝置與測試方法。

本發明為解決上述技術問題采用的技術方案是：所述的板材成形性能的測試裝置包括超低溫冷卻系統、變形測試系統、保溫箱、冷卻劑回收裝置和排氣裝置；

所述的變形測試系統設置在保溫箱內；超低溫冷卻系統、冷卻劑回收裝置和排氣裝置設置在保溫箱外；

所述的保溫箱上設置有透明觀測視窗、兩個排氣孔、進液孔和排液孔；排氣裝置分別通過一個排氣孔與保溫箱的箱體內相通，通過另外一個排氣孔與變形測試系統相通；冷卻劑回收裝置通過排液孔與保溫箱排液管路相通；超低溫冷卻系統通過進液孔與變形測試系統相通；