CN103487339A

CN103487339A - 一种含水腐蚀介质中金属材料疲劳裂纹扩展速率测试装置

Info

Publication number: CN103487339A
Application number: CN201310455240.6A
Authority: CN
Inventors: 曲先强; 马永亮; 崔洪斌; 谢耀国; 李新飞
Original assignee: Harbin Engineering University
Current assignee: Harbin Engineering University
Priority date: 2013-09-29
Filing date: 2013-09-29
Publication date: 2014-01-01

Abstract

本发明的目的在于提供一种含水腐蚀介质中金属材料疲劳裂纹扩展速率测试装置，包括储液容器、试验容器、疲劳试验机，储液容器里充有试验用的腐蚀溶液，腐蚀溶液通过进水软管依次流经过滤铁锈装置、温度控制器后连通试验容器，疲劳试验机上分别安装上压头和下压头，试件被夹在上压头和下压头之间并放置在试验容器中，上压头与试件上表面配合的加载点有两个，下压头与试件下表面配合的加载点有一个，试件的裂纹张口处安装引伸计，引伸计连接疲劳试验机，试验容器里设置溢流管，溢流管通过回水软管连通储液容器的腐蚀溶液。本发明可以完全避免腐蚀溶液对引伸计以及疲劳试验机的腐蚀，并且可以减少劳动强度，提高疲劳裂纹长度的测试精度。

Description

一种含水腐蚀介质中金属材料疲劳裂纹扩展速率测试装置

技术领域

本发明涉及的是一种试验装置，具体地说是金属疲劳裂纹扩展速率试验装置。

背景技术

含水腐蚀介质中金属材料的疲劳问题在船舶与海洋工程、石油化工、航空以及核电领域普遍存在。为了进行合理选材以及评估，需要进行含水腐蚀介质中金属材料的疲劳裂纹扩展速率测试。

含水腐蚀介质环境中的疲劳裂纹扩展测试的难点在于引伸计的安装和腐蚀溶液循环装置的设计。GB/T6398-2000推荐采用紧凑拉伸(CT)试件和中心裂纹拉伸(MT)试件进行试验。CT试件的引伸计安装位置与裂纹扩展平面在同一水平，在含水腐蚀介质中进行疲劳裂纹扩展速率测试时只能使用卧式疲劳试验机。如在立式疲劳试验机上进行这种试验，引伸计和疲劳试验机往往会受到腐蚀。但卧式疲劳试验机一般很少使用，对于MT试件，引伸计的安装位置和介质盒相互影响，需要安装特殊刀口，这给试验带来了一定的困难。由于这些情况的存在，在进行含水腐蚀介质中疲劳裂纹扩展速率测试时，一般采用读数显微镜测量裂纹长度。但是，在有腐蚀介质时，由于腐蚀溶液的影响读数显微镜一般很难精确观察裂纹长度。

发明内容

本发明的目的在于提供可以完全避免腐蚀溶液对引伸计以及疲劳试验机的腐蚀，并且可以减少劳动强度，提高疲劳裂纹长度的测试精度的一种含水腐蚀介质中金属材料疲劳裂纹扩展速率测试装置。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种含水腐蚀介质中金属材料疲劳裂纹扩展速率测试装置，其特征是：包括储液容器、试验容器、疲劳试验机，储液容器里充有试验用的腐蚀溶液，腐蚀溶液通过进水软管依次流经过滤铁锈装置、温度控制器后连通试验容器，疲劳试验机上分别安装上压头和下压头，试件被夹在上压头和下压头之间并放置在试验容器中，上压头与试件上表面配合的加载点有两个，下压头与试件下表面配合的加载点有一个，试件的裂纹张口处安装引伸计，引伸计连接疲劳试验机，试验容器里设置溢流管，溢流管通过回水软管连通储液容器的腐蚀溶液。

本发明还可以包括：

1、所述的溢流管包括外管和内管，外管通过螺纹安装在内管的外部，通过调节螺纹可调节外管的高度，当试验容器里的腐蚀溶液高度大于外管高度时，腐蚀溶液流回到储液容器中。

2、上压头与试件上表面配合的两个加载点间的距离可调。

3、所述的引伸计位于在腐蚀溶液液面以上位置，试件裂纹张口处以下浸没在腐蚀溶液中。

本发明的优势在于：

本发明设计出的含水腐蚀介质中金属材料疲劳裂纹扩展速率测试装置，采用单边缺口三点弯曲(SEB)试件，将引伸计的安装在腐蚀溶液液面以上位置，并使用试验容器将试件裂纹尖端以下浸没在腐蚀溶液中，解决了腐蚀介质中疲劳裂纹扩展速率测试中引伸计以及疲劳试验机受腐蚀的问题。

本发明采用的单边缺口三点弯曲(SEB)试件是GB/T6398-2000中规定可采用的试件，其归一化裂纹长度和柔度系数的关系是准确的，可以实现裂纹长度的自动测量，所以使用该测试装置得到的裂纹长度与读数显微镜相比，明显提高了裂纹长度测量的精度，降低了劳动强度。

本发明采用的上夹头两个加载点之间的距离是可调节的，同时溢流管的高度也是可调的，所以对于不同大小的试件，该装置都可以应用。

本发明包含了温度控制器，可对不同温度腐蚀溶液中疲劳裂纹扩展速率进行测试。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的溢流管示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1～2，所述的含水腐蚀介质中金属材料疲劳裂纹扩展速率的测试装置，采用单边缺口三点弯曲(SEB)试件，在试件上设计整体刀口，试件的刀口朝上，这样引伸计就位于试件的上方。

根据试件安装方法，设计了腐蚀溶液循环系统，使试件裂纹尖端以下完全浸没在腐蚀溶液中。其特征在于其包括试验容器1，安装于试验容器1上的下压头12和溢流管11，通过软管7将温度控制器2、过滤铁锈装置6以及水泵8连接起来，通过水泵8将腐蚀溶液10从储液容器9中注入试验容器1中，使用软管7将溢流管11和储液容器9相连，从而形成一个腐蚀溶液10的循环装置。

所述的溢流管11，两根管子通过螺纹连接，当液面高度大于溢流管高度时，腐蚀溶液通过溢流管回到储液容器中，溢流管的上部管子可以用于手动调节溢流管的高度，以达到控制液面高度的目的。

所述的上压头4，两加载点之间的距离可以调节。通过调节加载点的距离以及溢流管的高度，此试验装置可适用于不同大小的试件。

本发明装置采用上述结构后，将下压头12和上压头4分别与疲劳试验机的上下夹头相连，记录试验过程中的载荷和引伸计位移，根据柔度方法编写程序进行数据处理，实现了腐蚀介质中金属材料疲劳裂纹扩展速率测试的目的，具有测试方便、测量准确的特点。

1.腐蚀溶液循环系统的组装

根据图1所示，将下压头12和溢流管11安装在试验容器1上，通过O型圈进行密封。使用软管7将溢流管11和储液容器9相连。采用软管7将温度控制器2、过滤铁锈装置6以及水泵8连接起来。通过水泵8将腐蚀溶液10从储液容器9中注入试验容器1中，从而形成一个循环系统。

2.测量试件的尺寸

测量试件3的厚度、宽度、长度以及裂纹长等数据。

3.将腐蚀循环系统和疲劳试验机相连

将腐蚀循环系统的下压头连接到疲劳试验机的下夹头，将上压头连接到疲劳试验机的上夹头。

4.安装试件

根据试件的长度调节上压头两个加载点之间的距离，根据试件的宽度调节溢流管的高度，如图2所示，上下压头和试件必须对正安装。

5.腐蚀防护

由于下压头是由钢铁制造的，同时和试件处于腐蚀溶液中会差生电化学腐蚀，为了防止电化学腐蚀的差生对下压头以及下压头和试件接触部位采用硅胶进行保护。

6.启动腐蚀溶液循环系统

启动腐蚀溶液循环系统，观察溢流管高度设置是否合适。

7.安装引伸计5

将引伸计5安装在试件的整体刀口上。

8.设置好预制疲劳裂纹的参数

9.预制疲劳裂纹

启动疲劳试验机，进行疲劳裂纹预制。

10.正式试验

预制疲劳裂纹结束后，根据需要设定载荷、加载波形、加载频率以及数据存储的采样频率等参数。

11.试验结束后的数据处理

根据试验过程中记录的载荷和引伸计位移，通过柔度法编写了相应的程序，可以直接得到裂纹扩展速率的da/dN-ΔK数据。

根据以上的步骤进行了，进行了海水腐蚀环境中某高强度钢的疲劳裂纹扩展速率测试。试验表明，容器内的溶液在试验过程中液面会出现一定的波动，频率越低液面波动越小。在频率小于10Hz的情况下，液面的波动完全可以满足试验的需要。

Claims

1.一种含水腐蚀介质中金属材料疲劳裂纹扩展速率测试装置，其特征是：包括储液容器、试验容器、疲劳试验机，储液容器里充有试验用的腐蚀溶液，腐蚀溶液通过进水软管依次流经过滤铁锈装置、温度控制器后连通试验容器，疲劳试验机上分别安装上压头和下压头，试件被夹在上压头和下压头之间并放置在试验容器中，上压头与试件上表面配合的加载点有两个，下压头与试件下表面配合的加载点有一个，试件的裂纹张口处安装引伸计，引伸计连接疲劳试验机，试验容器里设置溢流管，溢流管通过回水软管连通储液容器的腐蚀溶液。

2.根据权利要求1所述的一种含水腐蚀介质中金属材料疲劳裂纹扩展速率测试装置，其特征是：所述的溢流管包括外管和内管，外管通过螺纹安装在内管的外部，通过调节螺纹可调节外管的高度，当试验容器里的腐蚀溶液高度大于外管高度时，腐蚀溶液流回到储液容器中。

3.根据权利要求1或2所述的一种含水腐蚀介质中金属材料疲劳裂纹扩展速率测试装置，其特征是：上压头与试件上表面配合的两个加载点间的距离可调。

4.根据权利要求1或2所述的一种含水腐蚀介质中金属材料疲劳裂纹扩展速率测试装置，其特征是：所述的引伸计位于在腐蚀溶液液面以上位置，试件裂纹张口处以下浸没在腐蚀溶液中。

5.根据权利要求3所述的一种含水腐蚀介质中金属材料疲劳裂纹扩展速率测试装置，其特征是：所述的引伸计位于在腐蚀溶液液面以上位置，试件裂纹张口处以下浸没在腐蚀溶液中。