CN105527155B - 一种适用于圆棒疲劳试样的高/低温疲劳试验夹具 - Google Patents

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Abstract

一种适用于圆棒疲劳试样的高/低温疲劳试验夹具，它包括：延伸杆、分开式夹头、开口卡环和螺栓，所述延伸杆的夹持端与疲劳试验机液压夹头连接，该延伸杆的试样连接端端面中心设有一个盲孔，在该盲孔周围设有六个均布的螺纹孔，所述分开式夹头由两个半圆形金属板组成，在两个半圆形金属板相对的一边分别设有半圆中心孔，在半圆中心孔的外周均布3个通孔，该通孔均与上述延伸杆的螺纹孔相对应，用来与延伸杆试样连接端连接对圆棒疲劳试样进行定位和装夹；所述开口卡环两端的端口上设有通孔，通过螺栓紧固。本发明结构简单、易生产加工、装夹方便、用途广泛，也可用于高/低温静态拉伸试验。

Description

一种适用于圆棒疲劳试样的高/低温疲劳试验夹具
技术领域
本发明属于测试技术领域，特别涉及一种材料的试验夹具。
背景技术
随着科学技术不断进步，人类探索领域逐渐深入，探索环境也随之变得苛刻，在保证服役材料正常工作的同时还需保证构件的服役寿命。在工业生产与应用中，疲劳失效占所有机械失效的90％，疲劳试验对于评价金属构件的结构完整性起到重要作用，尤其是在一定环境中进行疲劳试验，如高/低温环境。由于现有试验设备装夹试样的夹头部分不能进入到高低温环境箱中，因此，要进行高低温疲劳试验，就需要把圆棒试样两端的夹持部分做的足够长，比常规试样两端部的夹持部分(常规圆棒试样的端部加持部位通常为20～30mm，而高低温试样的端部加持部位需要200～300mm以上)长出10倍以上，这样才能满足试验时装夹的需要。但这样做会造成试验材料的大量浪费。为了克服这种试验材料浪费的弊病，可以通过增加一个延伸夹具来解决材料浪费问题。将标准疲劳试样装夹在这个延伸夹具上，放入高/低温环境箱中，然后再将这个延伸的夹具装夹在试验设备的夹头上进行试验。以往这种延伸夹具与疲劳试样是通过螺纹进行装夹联接的，但实验发现，用螺纹连接的形式进行疲劳试样的装夹，会增加试样两端螺纹部位的应力集中和缺口敏感性而形成疲劳裂纹源，使疲劳试样经常在试样两端的螺纹部位发生非常规断裂，而不是在试样中部的标准部位断裂，导致试验失败。
发明内容
本发明的目的：在于提供一种结构简单、使用方便、可长时间循环利用，并且装夹效果理想的适用于圆棒疲劳试样的高/低温疲劳试验夹具。
本发明的试验夹具包括：延伸杆、两个分开式夹头、开口卡环和螺栓(标准件)，延伸杆的夹持端与疲劳试验机液压夹头连接，该延伸杆的试样连接端端面中心设有一个盲孔，在该盲孔周围设有六个均布的螺纹孔，分开式夹头由两个半圆形金属板组成，在两个半圆形金属板相对的一边分别设有半圆中心孔，在半圆中心孔的外周均布3个通孔，该通孔均与上述延伸杆的螺纹孔相对应，用来与延伸杆试样连接端连接对圆棒疲劳试样进行定位和装夹。开口卡环两端的端口上设有通孔，通过螺栓紧固。
在试验过程中，疲劳试验机、延伸杆、夹头和被测试样按串联顺序连接在一起；使用时，将上下两个延伸杆的夹持端分别与疲劳试验机的上下液压夹头夹紧，将被测试试样插入上下延伸杆试样连接端的盲孔中，被测试样与盲孔直接留有0.5mm的间隙，再分别将两个半圆形分开式夹头夹住被测试样的两端，通过螺栓将上述两个分开式夹头分别固定在上下延伸杆上，然后将两个开口卡环分别套在分开式夹头上，并用螺栓和螺母紧固，在两个分开夹头的半中心孔留出0.2mm的间隙。延伸杆、被测试样、分开式夹头被设置在疲劳试验机的环境箱中。
所述的疲劳试验机为常规的疲劳试验机(岛津疲劳试验系统，EHF-EM250k2-020-0A)，用以对被测试样施加设计的交变疲劳载荷。
所述的延伸杆为使用温度在-60～100℃之间的金属材料，如：合金牌号2Cr13不锈钢，且延伸杆夹持端的硬度不能超过35HRC，保证延伸杆能与疲劳试验机相连时不打滑，能够提供足够的夹紧力。
所述的分开式夹头要适应-60～100℃的温度，采用2Cr13不锈钢，有较高的硬度，保证与试样夹持端接触时有好的耐磨性，延长夹具使用寿命；有较高的强度，加载时分开式夹头局部受剪切应力作用为被测试样提供轴向拉伸载荷。
所述的开口卡环为关键部件，将两个半圆组成的分开式夹头置于其中，用螺栓、螺母紧固将其开口封闭，使卡环尽可能收缩，夹紧两个分开式夹头，为两个分开式夹头提供径向力，使两个分开式夹头紧密结合成为一个整体，避免加载过程中两个分开式夹头产生错动。
所述的被测试样为各种不同金属材料的圆棒疲劳试样，该试样为光滑圆棒，夹持端为带圆角的类似阶梯轴结构，能够与上、下夹头配合在一起为试样施加交变疲劳载荷；试样标准部分的尺寸参照《金属轴向疲劳试验方法》中的标准进行设计。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1、解决了以往在环境箱中进行高低温循环疲劳试验时，被测试样装夹端部位尺寸过长而导致的材料浪费问题。在测定材料S-N曲线时需要大量的疲劳试样，本发明的夹具可以大大缩小试样夹持端尺寸，避免材料浪费。
2、在保证被测试样装夹牢固的同时，还在两个分开夹头的半中心孔之间和延伸杆盲孔与被测试样之间留有间隙，加载后试样可以自动对中，保证高的同轴度，避免了由于上下夹头装夹时的偏差使试样承受剪应力的作用。
3、开口卡环为夹具中的两个分开式夹头提供径向力，使两个分开式夹头成为一个整体。在疲劳试验过程中夹具中紧固螺栓受力均匀，防止螺栓在试验过程中受力不均而逐个断裂。
4、结构简单、易生产加工、装夹方便、用途广泛，也可用于高/低温静态拉伸试验。
附图说明
图1是本发明整体装配结构示意简图。
图2是本发明延伸杆的结构示意简图。
图3是本发明分开式夹头的结构示意简图。
图4是本发明开口卡环的结构示意简图。
图5是图4的侧视图。
具体实施方式
在图1和图2所示的适用于圆棒疲劳试样的高/低温疲劳试验夹具结构示意简图中，上下两个延伸杆1的夹持端分别与疲劳试验机6的上下液压夹头4夹紧，将被测试试样3插入上下延伸杆试样连接端的盲孔中，被测试样与盲孔直接留有0.5mm的间隙，再分别将两个半圆形分开式夹头2夹住被测试样的两端，通过螺栓将上述两个分开式夹头分别固定在上下延伸杆上，然后将两个开口卡环7分别套在分开式夹头上，并用螺栓和螺母紧固，在两个分开夹头的半中心孔留出0.2mm的间隙。延伸杆、被测试样、分开式夹头被设置在疲劳试验机的高低温环境箱5中。所述延伸杆为2Cr13不锈钢材质，它的夹持端与疲劳试验机液压夹头连接，该延伸杆的试样连接端端面中心设有一个深度为10mm、直径为16mm盲孔，在该盲孔外直径为34mm的圆周上均匀分布6个M8的螺栓孔；如图3所示，所述分开式夹头为2Cr13不锈钢材质，它由两个半圆形金属板组成，在两个半圆形金属板相对的一边分别设有半圆中心孔，在半圆中心孔的外周均布3个通孔，该通孔均与上述延伸杆的螺纹孔相对应，用来与延伸杆试样连接端连接对圆棒疲劳试样进行定位和装夹。如图4和图5所示，所述开口卡环卡环为TC4合金材质，它的两端的端口上设有通孔，通过螺栓紧固。
延伸杆及分开式夹头均用2Cr13不锈钢，延伸杆夹持端经980℃淬火后再750℃回火降低硬度，延伸杆试样连接端和分开式夹头要经过淬火处理。

Claims (3)

1.一种适用于圆棒疲劳试样的高/低温疲劳试验夹具，其特征在于：它包括：延伸杆、分开式夹头、开口卡环和螺栓，所述延伸杆的夹持端与疲劳试验机液压夹头连接，该延伸杆的试样连接端端面中心设有一个盲孔，在该盲孔周围设有六个均布的螺纹孔，所述分开式夹头由两个半圆形金属板组成，在两个半圆形金属板相对的一边分别设有半圆中心孔，在半圆中心孔的外周均布3个通孔，该通孔均与上述延伸杆的螺纹孔相对应，用来与延伸杆试样连接端连接对圆棒疲劳试样进行定位和装夹；所述开口卡环两端的端口上设有通孔，通过螺栓紧固，所述开口卡环套设于所述分开式夹头的外部。
2.根据权利要求1所述的适用于圆棒疲劳试样的高/低温疲劳试验夹具，其特征在于：所述延伸杆和分开式夹头为2Cr13不锈钢材质。
3.权利要求1所述的适用于圆棒疲劳试样的高/低温疲劳试验夹具的试验方法，其特征在于：上下两个延伸杆的夹持端分别与疲劳试验机的上下液压夹头夹紧，将被测试试样插入上下延伸杆试样连接端的盲孔中，被测试样与盲孔直接留有0.5mm的间隙，再分别将两个半圆形分开式夹头夹住被测试样的两端，通过螺栓将上述两个分开式夹头分别固定在上下延伸杆上，然后将两个开口卡环分别套在分开式夹头上，并用螺栓紧固，在分开夹头半中心孔的侧壁与被测试样外侧壁之间留出0.2mm的间隙，延伸杆、被测试样、分开式夹头被设置在疲劳试验机的环境箱中。
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