[發(fā)明專利]一種高效高精度蠕變試驗裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910186265.8
• 申請日: 2019-03-12
• 公開（公告）號: CN109738305A
• 公開（公告）日: 2019-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 湛利華;楊有良;黃明輝
• 申請（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號: G01N3/28
• 分類號: G01N3/28;G01N3/02;G01N3/06
• 代理公司: 長沙歐諾專利代理事務(wù)所(普通合伙) 43234
• 代理人: 歐穎;張文君

本發(fā)明提供了一種高效高精度蠕變試驗裝置，包括多個密封腔，每個密封腔對應(yīng)一件試樣，密封腔由活塞分隔成兩個分腔體，兩個分腔體分別通過管路連接到液壓系統(tǒng)的兩個工作油口，通過調(diào)整兩個分腔體中的油壓差，即可對試樣進行拉伸或壓縮蠕變試驗，使得各件試樣的所受的應(yīng)力大小與受力時間可保持相對獨立，大幅的提高了蠕變試驗的效率與精度。本發(fā)明還利用非接觸式的DIC數(shù)字圖像采集系統(tǒng)對試樣的高溫變形進行測量，避免了傳統(tǒng)間接測量法易于受材料膨脹系數(shù)不同和外界因素干擾導(dǎo)致的測量精度低的問題，測量數(shù)據(jù)平滑準確，重復(fù)性好，本發(fā)明還引入帶脈沖電源的加熱裝置，效率是常規(guī)加熱方法的5倍左右。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及金屬材料蠕變時效行為檢測技術(shù)，尤其是一種高效高精度蠕變試驗裝置，也可以用于拉伸和壓縮松弛時效試驗。

背景技術(shù)

隨著航空航天事業(yè)的快速發(fā)展，具有結(jié)構(gòu)完整度高、強度高以及密封性能好等諸多優(yōu)點的大型整體壁板構(gòu)件越來越多地在民用大飛機、軍用飛機以及新一代運載火箭的重要結(jié)構(gòu)中使用。蠕變時效成形是一種為制造高精度、高性能大型整體構(gòu)件而發(fā)展起來的新型板材成形方法。大型構(gòu)件蠕變時效高品質(zhì)制造首要前提是通過單向拉伸或壓縮試驗準確檢測出材料的蠕變時效變形和性能演變規(guī)律。目前拉伸或壓縮試驗一般在高溫蠕變試驗機上進行。蠕變試驗機包括機架、載荷控制系統(tǒng)、應(yīng)變測量系統(tǒng)以及溫度控制系統(tǒng)等部分。

現(xiàn)有的拉伸或壓縮蠕變試驗操作過程大致包括如下過程：1、試樣與夾具相連，把引伸裝置固定在試樣標距兩端凸脊并接上光柵位移傳感器，測量試驗過程試樣的應(yīng)變；2、設(shè)置工藝參數(shù)，在控制電腦上設(shè)置具體的溫度載荷路徑；3、蠕變時效試驗，蠕變機長期保持恒溫恒載荷使試樣蠕變時效成形成性。

但上述現(xiàn)有的拉伸或壓縮蠕變試驗存在如下缺點：1、由于蠕變時效特性基礎(chǔ)試驗需要系統(tǒng)地研究不同溫度、應(yīng)力和時間等工藝參數(shù)對材料蠕變變形和力學(xué)性能的影響規(guī)律，必須開展大量試驗，而現(xiàn)有的蠕變試驗機每次試驗只能測試一個試樣，因此每次只能對該單一試樣提供某一種工藝條件(工藝條件可包括溫度、應(yīng)力、時間等參數(shù))的試驗，但要系統(tǒng)掌握材料的蠕變時效成形成性規(guī)律，則需要開展大量不同溫度、應(yīng)力、時間等工藝條件下的實驗，因此現(xiàn)有的單一試樣蠕變實驗效率非常低。且目前蠕變機的額定載荷通常在50～100KN(千牛)之間或更大，而目前單個試樣蠕變試驗所需要的載荷最大一般不會超過8KN，只利用了蠕變試驗機載荷行程范圍前面的一小段，蠕變試驗機的載荷行程沒有得到充分利用，還有較大的利用空間。2、現(xiàn)有的蠕變機大多采用位移傳感器測量試樣高溫變形，試樣的裝夾間隙以及外部環(huán)境等因素也很容易引起傳感器讀數(shù)發(fā)生改變，從而導(dǎo)致系統(tǒng)判斷錯誤，降低試驗測量精度，具體體現(xiàn)在：現(xiàn)有的蠕變機一般采用兩套引伸桿分別固定在試樣上下兩端突脊，位移傳感器通過測量兩套引伸桿的相對變形測量試樣變形，其中引伸桿部分處于高溫箱內(nèi)，位移傳感器則在高溫箱外面，即便位移傳感器本身精度較高，引伸桿和試樣由于材料熱膨脹系數(shù)不同，得到的試樣變形結(jié)果精度也不高，同時位移傳感器具有高靈敏度且暴露在環(huán)境中，很容易受現(xiàn)場環(huán)境因素干擾，影響實驗準確性，甚至實驗失敗。3、現(xiàn)有的蠕變機升溫普遍采用電阻絲加熱的形式，試樣升溫到目標溫度所需要的時間較長，影響試驗進度與效率。

中國專利201810011860.3公開了一種高通量蠕變測試裝置載荷加載系統(tǒng)及壓縮蠕變設(shè)備，包括驅(qū)動組件、連接在驅(qū)動組件上并用于連接多個測試樣品的支撐平臺和連接在支撐平臺上方并可供與測試樣品抵接的液壓組件，驅(qū)動組件驅(qū)動支撐平臺上下移動，液壓組件包括封閉的液壓缸和多個均連通在其液壓缸內(nèi)的液壓活塞，每一液壓活塞的直徑均相同，且其液壓活塞一端連接在所述液壓缸內(nèi)，另一端可供抵接在所述測試樣品的頂端。雖然該方案中可同時對多個測試樣品進行壓縮蠕變試驗，但由于其多個試樣是在同一液壓缸所驅(qū)動的多個液壓活塞下加載，且其多個試樣只能在相同的應(yīng)力條件下進行測試，其僅僅只能實現(xiàn)多工位的同步測試，相對于單一試樣的蠕變試驗機，其僅僅是改變了單次試驗的數(shù)量，這實際上不能真正達到各試樣之間的相互獨立，因此，現(xiàn)有技術(shù)中仍然需要一種可使多個試樣之間相互在應(yīng)力、時間、溫度上均能達到獨立，不相互影響或牽連的方案，來提高蠕變試驗的效率與效果。

發(fā)明內(nèi)容