CN102297804A - 一种金属板状试样高温疲劳试验水冷夹具 - Google Patents

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王俭秋
郑宇礼
张波
柯伟
韩恩厚
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Abstract

本发明涉及材料试验设备，尤其是一种金属板状试样高温疲劳试验水冷夹具。该夹具设有夹头、延长轴和水冷装置，夹头中心开有用于放置板状试样的槽，夹头连有延长轴，延长轴连接水冷装置；夹头两边对称开有孔，对称设置的螺栓穿过夹头上的孔与螺母夹紧；延长轴与水冷装置通过螺纹连接，水冷装置上开有通冷却水的水孔。本发明解决现有夹具存在的夹持能力和冷却效果等问题，不仅可以实现高温环境下的金属板状试样的轴向疲劳试验，而且能够保证高温下的夹紧力并具有良好的水冷效果。

Description

一种金属板状试样高温疲劳试验水冷夹具
技术领域
本发明涉及材料试验设备，尤其是一种金属板状试样高温疲劳试验水冷夹具。
背景技术
疲劳试验对于评价金属构件的结构完整性起到重要作用。高温环境下，通常将金属材料加工成带有螺纹的棒状试样进行疲劳试验。有关棒状试样的疲劳试验技术目前已经成熟，但是对于不适合加工螺纹的脆性材料以及原始铸锭尺寸较小导致的不适合加工成棒状样品的金属材料而言，需要将材料加工成板状试样进行疲劳试验。对于普通的板状试样夹具，当处于高温环境中时，由蠕变导致的应力松弛会使螺栓的夹紧力降低从而导致夹持失效。另外，处于高温环境中的夹具由于热的传导作用会对疲劳机的传感器造成不利影响。普通的高温夹具需要安装水冷套对夹具进行冷却，而水冷套的制造成本较高且冷却效果不明显。这就需要一种合适的板状试样夹具，以保证在高温环境下具有较好的夹持能力和冷却效果。
发明内容
针对现有板状试样高温夹具存在的夹持能力和冷却效果等问题，设计提供了一种具有简单结构形式的金属板状试样高温疲劳试验水冷夹具，不仅可以实现高温环境下的金属板状试样的轴向疲劳试验，而且能够保证高温下的夹紧力并具有良好的水冷效果。
本发明的技术方案是：
一种金属板状试样高温疲劳试验水冷夹具，该夹具设有夹头、延长轴和水冷装置，夹头中心开有用于放置板状试样的槽，夹头连有延长轴，延长轴连接备帽和水冷装置。
所述的金属板状试样高温疲劳试验水冷夹具，夹头两边对称开有孔，对称设置的螺栓穿过夹头上的孔与螺母夹紧。
所述的金属板状试样高温疲劳试验水冷夹具，延长轴与备帽和水冷装置通过螺纹连接。
所述的金属板状试样高温疲劳试验水冷夹具，延长轴端部设有外螺纹，备帽和水冷装置端部设有内螺纹。
所述的金属板状试样高温疲劳试验水冷夹具，延长轴端部的外螺纹上依次安装备帽和水冷装置。
所述的金属板状试样高温疲劳试验水冷夹具，水冷装置上开有通冷却水的水孔。
所述的金属板状试样高温疲劳试验水冷夹具，延长轴上加工有扳口。
本发明的有益效果是：
1、本发明金属板状试样高温疲劳试验水冷夹具由一对形状结构相同的夹具构成，主要包括：中心开槽两边打孔的矩形夹头、延长轴、螺栓、螺母、水冷装置和备帽。板状试样的厚度应略小于夹头中心开槽的厚度，如果相差过大可以添加垫片，夹头两端对称打孔以放置螺栓。夹头的宽度与螺栓的直径应尽可能大(夹头宽度略小于管式高温炉的内径，远大于样品宽度)以保证足够的夹紧力，同时应注意保证夹头具有一定的厚度以防止在螺纹夹紧时夹头发生弯曲。夹头延长轴与水冷装置间用螺纹连接并同时连接备帽，以保证可以进行拉压疲劳试验，直接在水冷装置螺纹连接的下端钻孔使循环水流过，这样既能保证冷却效果、又能节约制造水冷套的成本。
2、采用本发明的设计方案，将板状试样放置在夹头开槽的中心处对中，在螺栓与螺母的螺纹上涂抹高温润滑油并夹紧即可进行试验。本发明可以满足板状试样在高温环境下(温度范围为20℃～800℃)的轴向疲劳试验，在高温下能够保持较好的夹持能力，冷却效果良好，结构简单，节省试样材料，可以实现小尺寸金属板状试样的高温轴向疲劳试验。
3、本发明具有结构简单、安装方便、高温夹紧力保持较好、冷却效果良好的技术特点，可以实现宽频率范围内的金属板状试样高温拉压疲劳试验。
4、本发明为了防止高温蠕变导致夹具的应力松弛，夹具、螺栓、螺母和延长轴由牌号为K417的镍基高温合金制成。
附图说明
图1(a)-(b)为本发明夹具的结构示意图。其中，图1(a)为主视图；图1(b)为左视图。
图2(a)-(b)为本发明水冷装置的结构示意图。其中，图2(a)为主视图；图2(b)为俯视图。
图3(a)-(b)为本发明连接备帽的结构示意图。其中，图3(a)为俯视图；图3(b)为主视图。
图中，1夹头；2槽；3孔；4螺栓；5延长轴；6扳口；7外螺纹；8水冷装置；9内螺纹；10水孔；11备帽；12螺母。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1-图3所示，本发明金属板状试样高温疲劳试验水冷夹具，主要包括：夹头1、槽2、孔3、螺栓4、延长轴5、扳口6、外螺纹7、水冷装置8、内螺纹9、水孔10、备帽11、螺母12等，具体结构如下：
夹头1中心开有槽2，夹头1两边对称钻有孔3以放置螺栓4，夹头1连有延长轴5，延长轴5上加工有扳口6，扳口6的作用在于方便放置扳手，延长轴5端部加工有外螺纹7，水冷装置8端部加工内螺纹9用以连接延长轴5，在水冷装置8上钻有水孔10用以通过冷却水。
试验时，先将备帽11安装于延长轴5的外螺纹7上，以保证能够进行拉压疲劳试验；再将延长轴5与水冷装置8之间用螺纹(外螺纹7和内螺纹9)连接到一起，将板状试样放置在夹头1中心开设的槽2处，并通过对称设置的螺栓4穿过夹头1上的钻孔3与螺母12夹紧即可进行试验。
装夹时，应注意保持对称夹紧两边的螺栓4。如果板状试样厚度与夹头1中心开槽2相差较大，可以在中心开槽2处添加垫片。本发明夹头1的延长轴5与螺栓4和螺母12的材料选用牌号为K417的镍基高温合金，水冷装置8与备帽11的材料选用304不锈钢。

Claims (7)

1.一种金属板状试样高温疲劳试验水冷夹具，其特征在于：该夹具设有夹头、延长轴和水冷装置，夹头中心开有用于放置板状试样的槽，夹头连有延长轴，延长轴连接备帽和水冷装置。
2.按照权利要求1所述的金属板状试样高温疲劳试验水冷夹具，其特征在于：夹头两边对称开有孔，对称设置的螺栓穿过夹头上的孔与螺母夹紧。
3.按照权利要求1所述的金属板状试样高温疲劳试验水冷夹具，其特征在于：延长轴与备帽和水冷装置通过螺纹连接。
4.按照权利要求3所述的金属板状试样高温疲劳试验水冷夹具，其特征在于：延长轴端部设有外螺纹，备帽和水冷装置端部设有内螺纹。
5.按照权利要求4所述的金属板状试样高温疲劳试验水冷夹具，其特征在于：延长轴端部的外螺纹上依次安装备帽和水冷装置。
6.按照权利要求1所述的金属板状试样高温疲劳试验水冷夹具，其特征在于：水冷装置上开有通冷却水的水孔。
7.按照权利要求1所述的金属板状试样高温疲劳试验水冷夹具，其特征在于：延长轴上加工有扳口。
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