[發(fā)明專利]一種用于高溫易氧化金屬材料拉伸試驗(yàn)的裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910166466.1
• 申請(qǐng)日: 2019-03-06
• 公開（公告）號(hào): CN109752260A
• 公開（公告）日: 2019-05-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊添;紀(jì)和菲;周福印;余良波;何立峰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)工程物理研究院材料研究所
• 主分類號(hào): G01N3/18
• 分類號(hào): G01N3/18;G01N3/02;G01N3/04
• 代理公司: 成都九鼎天元知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51214
• 代理人: 錢成岑

本發(fā)明公開了一種用于高溫易氧化金屬材料拉伸試驗(yàn)的裝置，包括：真空室、真空室門、真空系統(tǒng)、溫控單元、上橫梁加載桿、上載荷傳遞框、下橫梁固定桿、下載荷傳遞框、上球絞支座、下球絞支座、上夾具和下夾具；真空室門設(shè)有透明觀察窗，并與真空室鉸鏈連接；真空室頂部為可拆卸的蓋板；真空系統(tǒng)與真空室相連通；溫控單元用于加熱拉伸試樣，并同時(shí)對(duì)拉伸試樣測(cè)溫；上橫梁加載桿、上載荷傳遞框、下橫梁固定桿、下載荷傳遞框、上球絞支座、下球絞支座、上夾具和下夾具設(shè)置在真空室內(nèi)部。本發(fā)明通過“圓形準(zhǔn)直軌道—上球絞支座和下球絞支座—上夾具和下夾具”三者的協(xié)同關(guān)系實(shí)現(xiàn)試樣的自動(dòng)對(duì)中，保證其在軸向受力均勻，確保結(jié)果的精確可靠與良好的重現(xiàn)性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及金屬材料力學(xué)性能測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種用于高溫易氧化金屬材料拉伸試驗(yàn)的裝置。

背景技術(shù)

高溫下金屬材料的力學(xué)性能(包括楊氏模量、抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、硬度等)是材料實(shí)際應(yīng)用中非常受關(guān)注的參數(shù)，對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用于高溫環(huán)境中的金屬材料零部件而言，其高溫力學(xué)性能往往決定了該部件的使用壽命和設(shè)備的整體運(yùn)行狀態(tài)。熱處理是將金屬材料在固態(tài)下加熱至預(yù)定的溫度，并在該溫度下保持一段時(shí)間，然后以一定的速度冷卻到室溫的一種熱加工工藝。通過熱處理可顯著改善多數(shù)金屬材料的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)及力學(xué)性能。因此，對(duì)金屬材料的高溫力學(xué)進(jìn)行測(cè)試分析是十分有必要的，而目前最直接和有效地獲得金屬材料宏觀力學(xué)性能的方法是拉伸試驗(yàn)。

拉伸試驗(yàn)是通過將板型或棒型試樣兩端分別固定在裝置拉伸機(jī)構(gòu)的夾具上，以一定的速率對(duì)材料施加拉應(yīng)力，材料在軸向拉力作用下發(fā)生延伸變形，直至斷裂。在此過程中，材料力學(xué)性能的精確程度與受力方向是否準(zhǔn)直、溫度控制是否穩(wěn)定、材料表面質(zhì)量是否良好等因素直接相關(guān)。因此，拉伸夾具、材料加熱部件和可實(shí)現(xiàn)高溫真空環(huán)境的裝置是測(cè)量高溫下金屬材料拉伸力學(xué)性能的關(guān)鍵部件。對(duì)于拉伸夾具，目前廣泛采用的彈簧自緊式夾具存在不易安裝、破壞試樣夾持端表面、易產(chǎn)生打滑和需人工反復(fù)調(diào)節(jié)試樣位置以確保試樣對(duì)中及拉力準(zhǔn)直性等缺點(diǎn)，高溫條件還會(huì)進(jìn)一步增加夾具與試樣相對(duì)滑動(dòng)的幾率及帶來氧化腐蝕問題；對(duì)于金屬材料加熱部件，常用的熱輻射加熱方式(如電爐加熱、環(huán)繞式加熱體加熱)則明顯存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、裝置體積較大、加熱時(shí)間過長(zhǎng)、試樣溫度分布不均勻、試樣實(shí)際溫度偏低以及較為突出的降溫速率慢等問題；目前針對(duì)拉伸試驗(yàn)材料高溫防氧化的措施主要是在具有較高真空或完全充滿惰性氣體的環(huán)境中進(jìn)行，但相關(guān)的裝置均存在體積過大、降溫速率慢、試樣及部件更換操作復(fù)雜等問題。

目前，在滿足國(guó)標(biāo)或ASTM標(biāo)準(zhǔn)的拉伸試樣規(guī)格及尺寸的前提下，能滿足上述三種因素的拉伸試驗(yàn)裝置或結(jié)構(gòu)復(fù)雜、測(cè)試耗時(shí)較長(zhǎng)，或無法同時(shí)兼顧三個(gè)方面。實(shí)用新型專利(授權(quán)公告號(hào)CN202229984U)提供了一種金屬材料低溫拉伸試驗(yàn)裝置，該裝置的主體分為為試樣提供密封空間的試樣室和為試樣冷卻提供能量的制冷裝置兩部分，具有無需對(duì)現(xiàn)有拉力試驗(yàn)機(jī)改造、測(cè)量方便、測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確、成本低的優(yōu)點(diǎn)，然而該裝置無法進(jìn)行高溫條件下的金屬材料拉伸試驗(yàn)，傳統(tǒng)的內(nèi)螺紋拉伸夾具無法保證試樣受力的準(zhǔn)直性，同時(shí)試樣在試樣室內(nèi)的安裝及移除過程較復(fù)雜；實(shí)用新型專利(授權(quán)公告號(hào)CN205157310U)提供了一種用于超塑性金屬的高溫拉伸試驗(yàn)夾具，具有試樣裝夾簡(jiǎn)單、可實(shí)現(xiàn)試樣在高溫爐內(nèi)的拉伸變形不超出真空密封行程的效果等優(yōu)點(diǎn)，但難以保證試樣的軸線與受力方向在同一直線上、且人工調(diào)節(jié)不穩(wěn)定，同時(shí)不具備試樣在高溫下的防氧化裝置；發(fā)明專利“一種用于非金屬材料拉伸力學(xué)性能測(cè)試的拉伸夾具”(授權(quán)公告號(hào)CN1332193)、發(fā)明專利“脆性材料拉伸試驗(yàn)夾具”(授權(quán)公告號(hào)CN103364271B)、發(fā)明專利“高壓氫環(huán)境材料試驗(yàn)機(jī)拉伸試驗(yàn)夾具”(授權(quán)公告號(hào)CN103674695B)及發(fā)明專利“一種通電熱拉伸試驗(yàn)裝置及拉伸試驗(yàn)方法”(授權(quán)公告號(hào)授權(quán)公告號(hào)CN103900911B)相應(yīng)地提出了方便試樣裝夾、克服了試樣打滑、可確保試樣在軸向受力準(zhǔn)直均勻、實(shí)現(xiàn)試樣自動(dòng)對(duì)中以及快速實(shí)現(xiàn)試樣的升溫并維持溫度穩(wěn)定等改進(jìn)措施，但均無法兼顧上述的三個(gè)關(guān)鍵因素。

發(fā)明內(nèi)容