CN106644700B - 一种平板高温合金蠕变小试样夹具 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种平板高温合金蠕变小试样夹具,适用于叶片直接取样的蠕变试验。小试样夹具由转接杆、夹头、引伸杆组成，转接杆一端加工有螺纹与蠕变实验机连接杆相连接，另一端有凹槽、行程孔和销钉孔，在凹槽法线方向开有通孔与夹头连接。转接杆上有扳手卡扣，用于转接杆拆卸安装。两个夹头结构相同，夹头端凸起平板的中心有销钉孔，夹头与转接杆通过销钉连接，夹头两侧有对称的凹槽和对称的通孔，用于固定引伸杆，夹头与小试样夹持段通过试样接口配合安装。引伸杆固连在夹头的两侧，且以夹头中轴线等间距平行安装；其中,上引伸杆一端与夹头固定铆接，另一端与下引伸杆一端连接，下引伸杆另一端分别与引伸计相连接。

Description

一种平板高温合金蠕变小试样夹具
技术领域
本发明涉及材料高温试验的夹持装置，具体地说，涉及一种平板高温合金蠕变小试样夹具。
背景技术
随着科学技术的发展，高温合金材料研究取得突破性的进展。镍基单晶高温合金因为其高温下优异的力学性能，现已广泛应用于航空发动机涡轮叶片。在发动机中，涡轮叶片处于温度最高、应力最复杂、工作条件最恶劣的环境中，是航空发动机最关键的部件之一。在对失效叶片进行分析研究时，蠕变断裂失效占有很大比重。因此，在对发动机叶片材料进行蠕变失效机理研究变得十分必要。
在对发动机叶片进行排故实验或者性能检测时，最有效地直接的方式就是直接在叶片典型部位进行取样分析。传统的蠕变试样为Φ5×83棒状试样，由于受到叶片尺寸的限制，不能直接进行取样。不仅如此，棒状试样因为其车削加工的技术条件所限，对试件材料有很大程度的浪费。
在对试件变形测量的过程中，由于试件及夹具处于一个高温环境中，热膨胀会对测量装置产生不利的影响。因此，需要一种全新理念设计的试样、夹具以及相对应的实验方法来满足新的技术要求。
发明内容
为了避免现有技术存在的不足，本发明提出一种平板高温合金蠕变小试样夹具。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括转接杆、夹头、引伸杆，所述转接杆为圆棒形，一端加工有螺纹与蠕变实验机连接杆相连接，另一端有凹槽、行程孔和销钉孔，在凹槽法线方向开有通孔与夹头连接，转接杆上有扳手卡扣，用于转接杆拆卸安装；
所述夹头为T字形，两个夹头结构相同，夹头端凸起平板的中心有销钉孔，夹头与转接杆通过销钉连接，夹头两侧有对称的夹头侧凹槽和对称的通孔，用于固定引伸杆，夹头中间部位有试样接口与小试样夹持段配合装夹；
所述引伸杆固定连接在夹头的两侧,且以夹头中轴线等间距平行安装,引伸杆包括上引伸杆、下引伸杆,上引伸杆一端与夹头固定铆接，另一端与下引伸杆一端连接,下引伸杆另一端分别与引伸计相连接。
所述转接杆与夹头、引伸杆采用K403高温合金材料。
有益效果
本发明提出的一种平板高温合金蠕变小试样夹具,涉及高温合金涡轮叶片材料的薄壁平板小试样蠕变试验；小试样夹具由转接杆、夹头、引伸杆组成，转接杆一端加工有螺纹与蠕变实验机连接杆相连接，另一端有凹槽、行程孔和销钉孔，在凹槽法线方向开有通孔与夹头连接。转接杆上有扳手卡扣，用于转接杆拆卸安装。两个夹头结构相同，夹头端凸起平板的中心有销钉孔，夹头与转接杆通过销钉连接，夹头两侧有对称的凹槽和对称的通孔，用于固定引伸杆，夹头与小试样夹持段通过试样接口配合安装。引伸杆固连在夹头的两侧，且以夹头中轴线等间距平行安装；其中,上引伸杆一端与夹头固定铆接，另一端与下引伸杆一端连接，下引伸杆另一端分别与引伸计相连接。
本发明平板高温合金蠕变小试样夹具与现有技术相比:
1.在标准样的基础上,引入蠕变小试样,方便取样和模拟叶片的实际工况。
2.采用差动法测量试件变形,上下引伸杆变形在作差过程中相互抵消，解决了高温膨胀对变形的影响，测量精度提升10％。
3.制定了与小试样相对应的试验方法，提高了试验效率。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本发明一种平板高温合金蠕变小试样夹具作进一步详细说明。
图1为本发明平板高温合金蠕变小试样夹具示意图。
图2为本发明平板高温合金蠕变小试样夹具的夹头示意图。
图3为本发明平板高温合金蠕变小试样夹具的夹头A-A向剖面图。
图4为本发明平板高温合金蠕变小试样夹具的夹头B-B向剖面图。
图5为本发明平板高温合金蠕变小试样夹具的引伸杆示意图。
图6为本发明平板高温合金蠕变小试样夹具的引伸杆侧视图。
图7为本发明平板高温合金蠕变小试样夹具的转接杆示意图。
图8为本发明平板高温合金蠕变小试样夹具的转接杆侧视图。
图9为平板高温合金蠕变小试样示意图。
图中:
1.转接杆 2.销钉 3.铆钉 4.小试样 5.上引伸杆 6.沉头螺栓 7.下引伸杆 8.夹头 9.铆钉孔 10.试样接口 11.标距段凹槽 12.夹头侧凹槽 13.夹持凹槽 14.圆孔 15.螺栓孔 16.销钉孔 17.螺纹 18.凹槽 19.行程孔 20.扳手卡扣 21.夹持段 22.导角 23.凸台 24.凸台导角 25.标距段
具体实施方式
本实施例是一种平板高温合金蠕变小试样夹具,适用于叶片直接取样的蠕变试验。
参阅图1～图9，本实施例平板高温合金蠕变小试样夹具，由转接杆、夹头、引伸杆组成。夹具采用K403高温合金材料。
其中,转接杆1为Φ30×125圆棒形，转接杆1一端加工有长度为20mm的M20×2螺纹17与蠕变实验机连接杆相连接；转接杆1另一端加工有深为26mm、宽为3mm的凹槽18和及行程孔19及销钉孔16，在凹槽18法线方向开有Φ8的通孔，转接杆1与夹头8进行连接，转接杆1上加工有扳手卡扣20，用于转接杆1拆卸安装。夹头8为T字形，两个夹头8结构相同，夹头端凸起平板的中心有Φ8通孔，夹头8与转接杆1通过销钉2连接，夹头8两侧有对称的夹头侧凹槽12和对称的铆钉孔9，用于固定引伸杆，夹头8中间部位有试样接口10与小试样夹持段配合装夹。引伸杆为长条板形杆，上端有一对圆孔14，下端有一螺栓孔15，引伸杆固定连接在夹头的两侧,且以夹头中轴线等间距平行安装,引伸杆包括上引伸杆5、下引伸杆7,上引伸杆5一端与夹头固定铆接，另一端与下引伸杆7一端连接,下引伸杆7另一端分别与引伸计相连接。
本实施例中,板状蠕变小试样为工字形结构，夹持段21与标距段25之间采取导角22、凸台导角24双导角过度，导角圆弧半径R为2.0mm，凸台宽为4.8mm，标距段为8.0mm×2.0mm，夹持段21为16.0mm×3.8mm，小试样长度为27.6mm，小试样厚度为1.4mm。通过有限元模拟计算，采取位移加载和应力加载时，典型应力集中区域均分布在标距段，并在标距段中间发生破坏。对小试样进行加工或取样时，采用线切割慢走丝加工，小试样厚度成形一致。取样后对试样表面进行抛光处理，使表面粗糙度不超过0.4。抛光后，厚度公差保持在±0.01mm以内。
装配过程
转接杆1上端通过螺纹17与蠕变实验机连接杆相连接，在转接杆1端部凹槽18插入夹头端凸起平板，转接杆1与夹头通过销钉2进行连接。将两根上引伸杆一端安装在夹头的夹头侧凹槽12，使铆钉孔9和圆孔14的轴向相重合，通过铆钉3将二者铆接。下引伸杆通过沉头螺栓6分别与引伸计相连接。
试验过程
试验开始前，调整上下夹头8的同轴度，使小试样试样接口10完全对齐，避免产生剪力。安装引伸计后，微调左右两侧高度，使在加载的过程中，两根上引伸杆、两根下引伸杆变形量增量始终相同。将小试样装入夹头试样接口10，使小试样4表面与试样接口10内壁完全贴合。准备工作结束后，施加试验载荷的5％作为预加载荷，将变形量初始化，升温。待温度升高到目标温度之后，保温1h后，进行试验。
变形的测量采用差动法，由上下夹头、引伸杆行程差表示试样在试验过程中的真实应变。

Claims (2)

1.一种平板高温合金蠕变小试样夹具，其特征在于:包括转接杆、夹头、引伸杆，所述转接杆为圆棒形，一端加工有螺纹与蠕变实验机连接杆相连接，另一端有凹槽、行程孔和销钉孔，在凹槽法线方向开有通孔与夹头连接，转接杆上有扳手卡扣，用于转接杆拆卸安装；
所述夹头为T字形，两个夹头结构相同，夹头端凸起平板的中心有销钉孔，夹头与转接杆通过销钉连接，夹头两侧有对称的夹头侧凹槽和对称的通孔，用于固定引伸杆，夹头中间部位有试样接口与小试样夹持段配合装夹；
所述引伸杆固定连接在夹头的两侧,且以夹头中轴线等间距平行安装,引伸杆包括上引伸杆、下引伸杆,上引伸杆一端与夹头固定铆接，另一端与下引伸杆一端连接,下引伸杆另一端分别与引伸计相连接;
板状蠕变小试样为工字形结构，夹持段（21）与标距段（25）之间采取导角（22）、凸台导角（24）双导角过度，导角圆弧半径R为2.0mm，凸台宽为4.8mm，标距段为8.0mm× 2.0mm，夹持段（21）为16.0mm×3.8mm，小试样长度为27.6mm，小试样厚度为1.4mm。
2.根据权利要求1所述的平板高温合金蠕变小试样夹具，其特征在于:所述转接杆与夹头、引伸杆采用K403高温合金材料。
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