CN105424499B - 一种高温三点弯曲试验系统及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高温三点弯曲试验系统及试验方法，高温三点弯曲试验系统包括电子拉伸试验机、卡具组件、对试样进行加热的加热炉，电子拉伸试验机包括上横梁、下横梁，卡具组件包括上卡具、下卡具，上卡具的上部与上横梁连接、下部上设有两个下加载压头，两个下加载压头左右间隔设置，下卡具的下部与下横梁连接、上部上设有上加载压头，上加载压头与下加载压头之间形成用于安装试样的安装空间。在试验时，通过调节上下卡具的位置，卡具组件的用于夹装试样的部分可以放入加热炉的炉膛中，对试样进行加热。通过本试验系统可以测得高温环境下的试样的弯曲特性，分析出三点弯曲状态下的应力松弛行为。

Description

一种高温三点弯曲试验系统及试验方法

技术领域

本发明涉及一种高温三点弯曲试验系统及试验方法。

背景技术

紧固类和弹簧类构件在正常服役条件下，经常长时间承受恒定的变形，构件开始工作时的正常弹性变形（可恢复变形）会随着服役时间的延长而不断转化为塑性变形（不可恢复变形），构件内部应力随时间不断减少，即产生应力松弛现象。应力松弛是指当变形件的总位移或总应变保持不变的情况下，其内部应力随时间而不断减少的过程，即变形件的弹性变形随时间的延长不断转化为塑性变形。研究金属构件变形过程中的应力松弛行为，对了解和掌握构件在正常服役条件下的抗应力松弛性能及其使用寿命预测，具有重要的现实意义。

目前，利用电子拉伸试验机所配套的卡具仅可以做室温条件下金属材料的三点弯曲应力松弛试验，但是对于高温下金属材料三点弯曲应力松弛试验，电子拉伸试验机现有的相关配套卡具受到试验空间、提供高温条件的高温炉与卡具的配合问题的限制，没有可以做高温下三点弯曲应力松弛试验的卡具。

发明内容

本发明的目的是提供一种能在高温条件下对试样进行三点弯曲试验的高温三点弯曲试验系统。同时本发明还提供一种三点弯曲试验方法。

为了实现以上目的，本发明中高温三点弯曲试验系统的技术方案如下：高温三点弯曲试验系统，包括电子拉伸试验机、用于夹装试样的卡具组件、在试验过程中对试样进行加热的加热炉，所述电子拉伸试验机包括上横梁、下横梁，所述卡具组件包括上卡具、下卡具，所述上卡具的上部与上横梁连接、下部上设有对试样由下至上施加载荷的两个下加载压头，所述两个下加载压头左右间隔设置，所述下卡具的下部与下横梁连接、上部上设有对试样由上至下施加载荷的上加载压头，所述上加载压头处于所述两个下加载压头之间，上加载压头与下加载压头之间形成用于安装试样的安装空间。

所述上卡具包括上拉杆、支撑部，所述上拉杆的上端与所述上横梁连接，所述上拉杆的下部与所述支撑部铰接连接，所述两个下加载压头设置在支撑部上。

所述支撑部为框架结构，所述支撑部包括U型框，所述U型框包括上框板、下框板及连接上框板、下框板的竖框板，所述下拉杆的下部与上框板铰接，所述两个加载压头设置在下框板上。

所述支撑部还包括竖向的卡板，所述卡板与所述U型框可拆连接，所述卡板与所述U型框形成矩形框架结构。

所述下卡具包括下拉杆及支撑架，所述下拉杆的下端与所述下横梁连接，所述上加载压头设置在支撑架上，所述支撑架与所述支撑部分别在下横梁、上横梁的带动下做相对运动。

所述下拉杆的上部与支撑架的下部铰接。

所述支撑架为矩形框，所述支撑架包括上框梁、下框梁，所述上加载压头位于上框梁上。

本发明高温三点弯曲试验方法，包括以下步骤，1）分别将上卡具、下卡具安装在电子拉伸试验机的上横梁、下横梁上；2)调整上横梁、下横梁的上下位移，以使卡具组件能够平稳放入加热炉中；3）将待试验的试样放在上卡具的两个下加载压头上；4）通过调节上、下卡具的相对距离，使下卡具上的上加载压头压紧试样，保证试样在移动卡具组件和加热过程中平稳不晃动；5）移动旋转电子拉伸试验机的加热炉，直至卡具组件的夹持试样的部分放入加热炉的炉膛内，关闭炉膛，设定好加热温度后开始加热；6）加热到设定的温度值后，保温一定时间，通过电子拉伸试验机开始对试样进行三点弯曲试验；7）当试样受到的弯曲应力达到预设定值后，停止三点弯曲试验，保持三点弯曲的恒定应变状态；8）记录试样的三点弯曲状态下的弯曲应力随时间的变化情况。

在上述步骤8）之后，根据记录的数据，绘制弯曲应力松弛曲线并分析应力松弛行为。

本发明的有益效果：本发明高温三点弯曲试验系统包括加热炉，在试验时，通过调节上下卡具的位置，卡具组件的用于夹装试样的部分可以放入加热炉的炉膛中，对试样进行加热。通过本试验系统可以测得高温环境下的试样的弯曲特性，分析出三点弯曲状态下的应力松弛行为。

附图说明

图1是本发明高温三点弯曲试验系统实施例中的卡具组件的结构示意图；

图2是卡具组件的立体结构示意图；

图3是本发明高温三点弯曲试验系统实施例中的加热炉的结构示意图。

具体实施方式

本发明高温三点弯曲试验系统的实施例：如图1-3所示，高温三点弯曲试验系统包括电子拉伸试验机、用于夹装试样的卡具组件、在试验过程中对试样进行加热的加热炉12。电子拉伸试验机包括上横梁、下横梁及两个立柱，上横梁、下横梁可沿立柱上下运动。卡具组件包括上卡具、下卡具，上卡具包括上拉杆1、支撑部，支撑部为框架结构，支撑部包括U型框3，U型框3包括上框板、下框板及连接上框板、下框板的竖框板，上拉杆的下部与上框板铰接。上拉杆1的上端与上横梁螺纹连接，上拉杆1的下部与支撑部的上框板铰接连接。支撑部还包括竖向的卡板10，卡板与U型框可拆连接，卡板与U型框形成矩形框架结构。可拆连接可通过螺栓连接实现，也可通过卡装的方式实现，卡板上设有相应的卡口。下框板上设有对试样由下至上施加载荷的两个下加载压头5，两个下加载压头5左右间隔设置。上拉杆的下部的外径大于其上方的外径，其下部上设有开口朝下的U型槽，卡在U型框的上框板上，并通过上连接销2连接在一起。

下卡具的下部与下横梁连接、上部上设有对试样由上至下施加载荷的上加载压头8，上加载压头8处于两个下加载压头5之间（在空间上相对的处于两个下加载压头之间），上加载压头8与下加载压头5之间形成用于安装试样4的安装空间。下卡具包括下拉杆7及支撑架9，下拉杆7的下端与下横梁螺纹连接，上加载压头8设置在支撑架9上，支撑架与支撑部分别在下横梁、上横梁的带动下做相对运动。支撑架为矩形框，支撑架包括上框梁、下框梁，上加载压头8位于上框梁上。下拉杆7的上部与支撑架的下框梁通过下连接销6铰接。下拉杆的上部设有开口朝上的U型槽，下拉杆7通过其U型槽卡在下框梁上，下连接销6从垂直于U型槽的槽壁方向穿过。

在其它实施例中，上、下拉杆可以通过螺栓连接与对应的上下梁进行连接，也可通过焊接方式。

在其它实施例中，上卡具的支撑部，也可不设置卡板，本实施例设置卡板是为了使整个支撑部呈矩形，受力好，稳定性好，如果上下两个卡具都具有封闭的矩形框架结构，就不能嵌套在一起，因此将卡板设置成可拆的。在其它实施例中，支撑部可以是U型的，也可是L型的，下加载压头设置在L型支撑部的水平段上。

在其他实施例中，下卡具上的矩形框也可设置成L型的或U型的，能满足与上卡具配合使用，以对拉实现分别对试样的上下两端面施加载荷即可。

高温三点弯曲试验方法，主要包括以下步骤，1）分别将上卡具、下卡具安装在电子拉伸试验机的上横梁、下横梁上；2)调整上横梁、下横梁的上下位移，以使卡具组件能够平稳放入加热炉中；3）将待试验的试样放在上卡具的两个下加载压头上；4）通过调节上、下卡具的相对距离，使下卡具上的上加载压头压紧试样，保证试样在移动卡具组件和加热过程中平稳不晃动；5）移动旋转电子拉伸试验机的加热炉，直至卡具组件的夹持试样的部分放入加热炉的炉膛内，关闭炉膛，设定好加热温度后开始加热；6）加热到设定的温度值后，保温一定时间，通过电子拉伸试验机开始对试样进行三点弯曲试验；7）当试样受到的弯曲应力达到预设定值后，停止三点弯曲试验，保持三点弯曲的恒定应变状态；8）记录试样的三点弯曲状态下的弯曲应力随时间的变化情况。

步骤5）中的加热温度为90~110℃，步骤7）中的应力的预设定值为530~550MPa。

为了能够进行高温环境下的试验，加热炉12与卡具有一定的配合要求。加热炉12采用上下均具有开口的结构形式，使得卡具的用于安装固定试样的部分能够处于加热炉的内部，上、下拉杆可以在加热炉的对应的上开口13、下开口14处进行上下活动，以对试样加载。

下面以在SHIMADZU（岛津）AG-I250KN精密万能拉伸试验机做高温下的铍铜合金板状试样三点弯曲应力松弛试验为例，具体试验操作步骤：（1）首先将上拉杆1带有螺纹的一端通过螺纹连接安装固定到电子拉伸试验机的上横梁上，然后下拉杆1带有螺纹的一端也通过螺纹连接安装固定到电子拉伸试验机的下横梁上；（2）将上卡具的支撑部的一端插入上拉杆1的U形槽并通过上连接销连接固定，下卡具支撑架9的一端插入下拉杆的U形槽并通过下连接销连接固定；（3）在安装上卡具的支撑部之前，先拆卸卡板10，通过电子拉伸试验机的控制面板调节上横梁的上下位移距离，使支撑部的下框板可以穿过下卡具支撑架，再将卡板10安装固定，形成封闭的框形结构，这样上、下框形闭合结构的模架沿上下方向通过嵌套方式连接起来；（4）通过调节上横梁的上下位移来调节卡具的位置以及上、下框架分别对应支撑部、支撑架之间的相对距离，保证卡具能安全平稳放入电阻丝加热炉中加热，卡具沿上下方向位移时，卡具要与加热炉的炉膛内壁保持安全距离；5）将铍铜合金材料的板状试样放置到上框形模架的两个下加载压头上，再次通过电子拉伸试验机的控制面板调节上、下框架之间的相对距离，通过上加载压头压紧试样，保证上、下加载压头之间的板状试样在移动和加热过程中平稳不晃动。（6）移动旋转电子拉伸试验机的电阻丝加热炉，直到能将卡具安全放入炉膛内，关上电阻丝加热炉炉膛，在电子拉伸试验机的控制柜输入面板上设定温度100℃，开始加热；（7）加热到设定温度100℃后，保温10min，然后通过电子拉伸试验机开始三点弯曲试验；（8）当试样受到的弯曲应力达到预设定值540MPa后，停止三点弯曲试验程序，使板状试样在温度100℃和初始弯曲应力540MPa条件下保持三点弯曲的恒定应变状态；（9）通过观察电子拉伸试验机的示数显示屏，并记录铍铜合金板状试样在温度100℃和初始弯曲应力为540MPa时三点弯曲状态下的弯曲应力随时间变化情况；（10）根据记录数据，绘制铍铜合金弯曲应力松弛曲线，分析铍铜合金板状试样在温度100℃和初始弯曲应力为540MPa时三点弯曲状态下的应力松弛行为。

在其它实施例中，试样的加热温度值可以为90或110℃；弯曲应力值也可为530或550MPa。在其它实施例中，加热后的试样的保温时间也可为8min或12min，根据试样材料不同选取试验所要求的合理的数值即可。

Claims (4)

1.高温三点弯曲试验系统，其特征在于：包括电子拉伸试验机、用于夹装试样的卡具组件、在试验过程中对试样进行加热的加热炉，所述电子拉伸试验机包括上横梁、下横梁，所述卡具组件包括上卡具、下卡具，所述上卡具的上部与上横梁连接、下部上设有对试样由下至上施加载荷的两个下加载压头，所述两个下加载压头左右间隔设置，所述下卡具的下部与下横梁连接、上部上设有对试样由上至下施加载荷的上加载压头，所述上加载压头处于所述两个下加载压头之间，上加载压头与下加载压头之间形成用于安装试样的安装空间，所述上卡具包括上拉杆、支撑部，所述上拉杆的上端与所述上横梁连接，所述支撑部为框架结构，所述支撑部包括U型框，所述U型框包括上框板、下框板及连接上框板、下框板的竖框板，所述上拉杆的下部与上框板铰接，所述两个下加载压头设置在下框板上，所述下卡具包括下拉杆及支撑架，所述下拉杆的下端与所述下横梁连接，所述支撑架与所述支撑部分别在下横梁、上横梁的带动下做相对运动，所述下拉杆的上部与支撑架的下部铰接，所述支撑架为矩形框，所述支撑架包括上框梁、下框梁，所述上加载压头位于上框梁上，所述支撑架的上框梁和下框梁与所述支撑部的上框板和下框板嵌套设置，卡具组件的夹持试样的部分放入加热炉中，上、下拉杆可以在加热炉的对应的上开口、下开口处进行上下活动。

2.根据权利要求1所述的高温三点弯曲试验系统，其特征在于：所述支撑部还包括竖向的卡板，所述卡板与所述U型框可拆连接，所述卡板与所述U型框形成矩形框架结构。

3.使用如权利要求1所述的高温三点弯曲试验系统的高温三点弯曲试验方法，其特征在于：包括以下步骤，1）分别将上卡具、下卡具安装在电子拉伸试验机的上横梁、下横梁上；2)调整上横梁、下横梁的上下位移，以使卡具组件能够平稳放入加热炉中；3）将待试验的试样放在上卡具的两个下加载压头上；4）通过调节上、下卡具的相对距离，使下卡具上的上加载压头压紧试样，保证试样在移动卡具组件和加热过程中平稳不晃动；5）移动旋转电子拉伸试验机的加热炉，直至卡具组件的夹持试样的部分放入加热炉的炉膛内，关闭炉膛，设定好试验所需加热温度后开始加热；6）加热到设定的温度值后，保温一定时间，通过电子拉伸试验机开始对试样进行三点弯曲试验；7）当试样受到的弯曲应力达到预设定值后，停止三点弯曲试验，保持三点弯曲的恒定应变状态；8）记录试样的三点弯曲状态下的弯曲应力随时间的变化情况。

4.根据权利要求3所述的高温三点弯曲试验方法，其特征在于：在上述步骤8）之后，根据记录的数据，绘制弯曲应力松弛曲线并分析应力松弛行为。