CN107328662A - 一种金属材料应力松弛试验引伸计装置和试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金属材料应力松弛试验引伸计装置和试验方法，涉及金属材料高温强度试验设备技术领域，装置包括应力松弛试验系统和热变形试验系统，两部分分别由试件、支架、滑轮和应变片组成，区别在于应力松弛试件两端与上下拉杆连接固定，而热变形试件下端与下拉杆连接固定，试件上端与上拉杆连接但不固定。热变形试验测定得到的弹性变形量用于补偿应力松弛试验的热变形，保证应力松弛试验在设定的应力水平条件下进行。方法包括：安装试件—加载—加热—补偿热变形量—保温——卸载。本发明的引伸计装置结构简单可靠、方案合理易行，结合本发明的试验方法，可满足应力松弛试验设计要求，并获得真实可靠的应力松弛曲线。

Description

一种金属材料应力松弛试验引伸计装置和试验方法

技术领域

本发明涉及金属材料高温强度试验设备技术领域，特别是涉及一种金属材料应力松弛试验引伸计装置和试验方法。

背景技术

应力松弛试验是在一定温度条件下保持总变形量不变，随着时间的推移，测定应力随时间的变化值，获取应力松弛曲线，并计算得到松弛模量和完成应力松弛数据—蠕变数据转换。试验通常包括“安装试件—加载—加热—保温—降温—卸载”等几个阶段，在试验过程中需要利用引伸计来测量材料的受力变形状况。目前的应力松弛试验忽略了加热阶段材料热变形引起的应力显著降低现象以及加热阶段应力松弛效应对应力降低的影响，导致应力松弛试验无法达到设定的应力水平条件。此外，在模拟大型工件缓慢升温工艺条件下的应力松弛试验过程中，采用传统的引伸计和测量方法难以精确测量得到在加热阶段应力松弛效应引起的应力降低量。基于上述两个原因，由此测定得到的应力松弛曲线不能反映材料在应力松弛效应下的真实特性，并且进一步导致了松弛模量等参数的计算误差。

发明内容

本发明实施例提供了一种金属材料应力松弛试验引伸计装置和试验方法，可以解决现有技术中存在的问题。

本发明提供了一种金属材料应力松弛试验引伸计装置，所述装置包括应力松弛试验系统和热变形试验系统两部分，所述应力松弛试验系统包括应力松弛试件、第一长支架、第一短支架、第一滑轮、第二滑轮、第一弹性片和第一应变片，所述热变形试验系统包括热变形试件、第二长支架、第二短支架、第三滑轮、第四滑轮、第二弹性片和第二应变片；

所述应力松弛试件上端安装在上高温拉杆左侧的U形槽内并使用第一销轴固定，下端安装在下高温拉杆左侧的U形槽内并使用第二销轴固定，所述热变形试件上端活动安装在所述上高温拉杆右侧的U形槽内，下端安装在所述下高温拉杆右侧的U型槽内并使用所述第二销轴固定；

所述第一长支架上端固定安装在所述应力松弛试件上靠近所述上高温拉杆的位置，下端连接在所述第二滑轮的滑轮轴上，所述第一短支架上端固定安装在所述应力松弛试件上靠近所述下高温拉杆的位置，下端连接在所述第一滑轮的滑轮轴上；所述第二长支架上端固定安装在所述应力松弛试件上靠近所述上高温拉杆的位置，下端连接在所述第二滑轮的滑轮轴上，所述第一短支架上端固定安装在所述应力松弛试件上靠近所述下高温拉杆的位置，下端连接在所述第一滑轮的滑轮轴上；

所述下高温拉杆的左侧壁上开设有一个矩形的第一凹槽，所述第一滑轮和第二滑轮均放置在该第一凹槽内；所述下高温拉杆的右侧壁上开设有一个矩形的第二凹槽，所述第三滑轮和第四滑轮均放置在该第二凹槽内；

所述第一弹性片两端分别固定安装在所述第一滑轮的滑轮轴和所述第二滑轮的滑轮轴上，所述第一应变片安装在所述第一弹性片上，每个所述第一应变片均通过信号线与测试仪器相连；所述第二弹性片两端分别固定安装在所述第三滑轮的滑轮轴和所述第四滑轮的滑轮轴上，所述第二应变片安装在所述第二弹性片上，每个所述第二应变片均通过信号线与测试仪器相连。

本发明还提供了一种金属材料应力松弛试验方法，该方法包括以下步骤：

制备及安装应力松弛试件和热变形试件，并依次安装好第一长支架、第二长支架、第一短支架、第二短支架、第一滑轮、第二滑轮、第三滑轮、第四滑轮、第一弹性片、第二弹性片及第一应变片和第二应变片，关闭加热炉门；

通过计算机设置加载载荷大小、应力松弛试验温度、试件标距和横截面积S；

加载至预定载荷F后，获取应力松弛试件变形量X，由胡克定律F＝K·X计算得到弹性系数K，由公式计算得到应力松弛试件的应力值σ；

在加热至预定温度过程中，以一定频率采集热变形试件的弹性变形增加量ΔX，并同时使应力松弛试件增加相同的变形量ΔX，由胡克定律计算此时应力松弛试件的实际外加载荷值F′，并计算应力松弛试件的实际应力值σ′；

加热至预定的应力松弛试验温度，依次进行保温、降温和卸载，由实时计算得到的应力松弛试件的实际应力值σ′绘制真实的应力松弛曲线。

本发明实施例中一种金属材料应力松弛试验引伸计装置和试验方法，装置包括应力松弛试验系统和热变形试验系统，两部分分别由试件、支架、滑轮和应变片组成，区别在于应力松弛试件两端与上下拉杆连接固定，而热变形试件下端与下拉杆连接固定，试件上端与上拉杆连接但不固定。热变形试验测定得到的弹性变形量用于补偿应力松弛试验的热变形，保证应力松弛试验在设定的应力水平条件下进行。方法包括：安装试件—加载—加热—补偿热变形量—保温——卸载。本发明的引伸计装置结构简单可靠、方案合理易行，结合本发明的试验方法，可满足应力松弛试验设计要求，并获得真实可靠的应力松弛曲线。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的金属材料应力松弛试验引伸计装置的正面结构示意图；

图2为图1中装置的侧面结构示意图；

图3为图1中下高温拉杆的正面结构示意图；

图4为图3中下高温拉杆的侧面结构示意图；

图5为图4中下高温拉杆沿A-A方向的切面示意图；

图6为本发明实施例提供的金属材料应力松弛试验方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参照图1、图2、图3、图4和图5，本发明实施例中提供了一种金属材料应力松弛试验引伸计装置，该装置包括应力松弛试验系统和热变形试验系统两部分，所述应力松弛试验系统包括应力松弛试件4、第一长支架5、第一短支架7、第一滑轮10、第二滑轮12、第一弹性片27和第一应变片26，所述热变形试验系统包括热变形试件23、第二长支架20、第二短支架17、第三滑轮15、第四滑轮13、第二弹性片和第二应变片。

所述应力松弛试验系统和热变形试验系统均安装在上高温拉杆1和下高温拉杆8上，具体地，所述应力松弛试件4上端安装在所述上高温拉杆1左侧的U形槽内并使用第一销轴2固定，下端安装在所述下高温拉杆8左侧的U形槽内并使用第二销轴18固定，所述热变形试件23上端安装在所述上高温拉杆1右侧的U形槽内但不固定，下端安装在所述下高温拉杆8右侧的U型槽内并使用所述第二销轴固定。

所述应力松弛试件4上具有两组凸耳，即应力松弛上凸耳3和应力松弛下凸耳6，每组凸耳均包括高度相同且位于所述应力松弛试件4前后侧面上的两个凸耳，所述应力松弛上凸耳3和应力松弛下凸耳6分别位于所述应力松弛试件4上靠近所述上高温拉杆1和下高温拉杆8的位置。所述热变形试件23上也具有两组凸耳，即热变形上凸耳21和热变形下凸耳19，所述热变形上凸耳21和所述应力松弛上凸耳3的高度相同，所述热变形下凸耳19和所述应力松弛下凸耳6的高度相同。

所述第一长支架5上端的叉形接口与所述应力松弛试件4上的应力松弛上凸耳3连接并使用第三轴销22固定，下端连接在所述第二滑轮12的滑轮轴24上，所述第二滑轮12即转动安装在滑轮轴24上；所述第一短支架7上端的叉形接口与所述应力松弛试件4上的应力松弛下凸耳6连接并使用第四轴销固定，下端连接在所述第一滑轮10的滑轮轴29上，所述第二滑轮10即转动安装在滑轮轴29上。

所述下高温拉杆8的左侧壁上开设有一个矩形的第一凹槽9，该第一凹槽9一侧壁上固定安装有一个第一L形挡板11，该第一L形挡板11一侧壁与所述第一凹槽9的底面平行，另一侧壁向所述第一凹槽9的底面延伸，使所述第一L形挡板11与所述第一凹槽9之间形成半封闭的第一轨道仓，所述第一滑轮10和第二滑轮12分别上下放置在所述第一轨道仓内，即该第一滑轮10和第二滑轮12只能在所述第一轨道仓内沿竖直方向移动。所述第一L形挡板11的宽度小于所述第一凹槽9的宽度，使所述第一L形挡板11与所述第一凹槽9的侧壁之间存在间隙，所述第一短支架7的末端即穿过该间隙与所述第一滑轮10的滑轮轴29连接，所述第一长支架5的末端也穿过该间隙与所述第二滑轮12的滑轮轴24连接，使滑轮的移动和挡板之间不产生干涉。同时所述第一短支架7位于所述第一长支架5内侧，二者之间也不产生干涉。

所述第一弹性片27两端分别固定安装在所述第一滑轮10的滑轮轴29和所述第二滑轮12的滑轮轴24上，所述第一应变片25的数量为多个，且均安装在所述第一弹性片27上，每个所述第一应变片25均通过信号线25与测试仪器相连。

所述第二长支架20上端的叉形接口与所述热变形试件23上的热变形上凸耳21连接并使用第三轴销22固定，下端连接在所述第四滑轮13的滑轮轴上，所述第四滑轮13即转动安装在滑轮轴上；所述第二短支架17上端的叉形接口与所述热变形试件23上的热变形下凸耳19连接并使用第四轴销固定，下端连接在所述第三滑轮15的滑轮轴上，所述第三滑轮15即转动安装在滑轮轴上。

所述下高温拉杆8的右侧壁上开设有一个矩形的第二凹槽16，该第二凹槽16一侧壁上固定安装有一个第二L形挡板14，该第二L形挡板14一侧壁与所述第二凹槽16的底面平行，另一侧壁向所述第二凹槽16的底面延伸，使所述第二L形挡板14与所述第二凹槽16之间形成半封闭的第二轨道仓，所述第三滑轮15和第四滑轮13分别上下放置在所述第二轨道仓内，即该第三滑轮15和第四滑轮13只能在所述第二轨道仓内沿竖直方向移动。所述第二L形挡板14的宽度小于所述第二凹槽16的宽度，使所述第二L形挡板14与所述第二凹槽16的侧壁之间存在间隙，所述第二短支架17的末端即穿过该间隙与所述第三滑轮15的滑轮轴连接，所述第二长支架20的末端也穿过该间隙与所述第四滑轮13的滑轮轴连接，使滑轮的移动和挡板之间不产生干涉。同时所述第二短支架17位于所述第二长支架20内侧，二者之间也不产生干涉。

所述第二弹性片两端分别固定安装在所述第三滑轮15的滑轮轴和所述第四滑轮13的滑轮轴上，所述第二应变片的数量为多个，且均安装在所述第二弹性片上，每个所述第二应变片均通过信号线与测试仪器相连。

以应力松弛试验系统为例，所述第一长支架5上的第二滑轮12和第一短支架7上的滑轮10位于第一凹槽9和第一L形挡板11之间的第一轨道仓内，第一弹性片27和第一应变片26位于第一凹槽9右侧空间内。

所述应力松弛试件4在上高温拉杆1和下高温拉杆8的作用力下发生一定量的弹性变形，所述第一短支架7和第一滑轮10保持不动，第一长支架5带动第二滑轮12向上移动相同量的距离，同时滑轮轴24和29上的第一弹性片27产生相同的变形，由所述第一弹性片27上的第一应变片26测量得到应力松弛试件4上的应变和变形量。

所述热变形试件23在热变形作用下发生一定量的弹性变形，所述第二短支架17和第三滑轮15保持不动，第二长支架20带动第四滑轮13向上移动相同量的距离，利用相同的原理可以测量得到热变形试件23上的应变和变形量。

基于相同的发明构思，本发明还提供了一种金属材料应力松弛试验方法，如图6所示，该方法包括以下步骤：

步骤201，制备及安装应力松弛试件和热变形试件，并依次安装好第一长支架、第二长支架、第一短支架、第二短支架、第一滑轮、第二滑轮、第三滑轮、第四滑轮、第一弹性片、第二弹性片及第一应变片和第二应变片等装置，关闭加热炉门；

步骤202，通过计算机设置加载载荷大小、应力松弛试验温度、试件标距和横截面积S；

步骤203，加载至预定载荷F后，获取应力松弛试件变形量X，由胡克定律F＝K·X计算得到弹性系数K，由公式计算得到应力松弛试件的应力值σ；

步骤204，在加热至预定温度过程中，以一定频率采集热变形试件的弹性变形增加量ΔX，并同时使应力松弛试件增加相同的变形量ΔX，由胡克定律计算此时应力松弛试件的实际外加载荷值F′，并计算应力松弛试件的实际应力值σ′；

步骤205，加热至预定的应力松弛试验温度，依次进行保温、降温和卸载，由实时计算得到的应力松弛试件的实际应力值σ′绘制真实的应力松弛曲线。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.一种金属材料应力松弛试验引伸计装置，其特征在于，所述装置包括应力松弛试验系统和热变形试验系统两部分，所述应力松弛试验系统包括应力松弛试件、第一长支架、第一短支架、第一滑轮、第二滑轮、第一弹性片和第一应变片，所述热变形试验系统包括热变形试件、第二长支架、第二短支架、第三滑轮、第四滑轮、第二弹性片和第二应变片；

所述应力松弛试件上端安装在上高温拉杆左侧的U形槽内并使用第一销轴固定，下端安装在下高温拉杆左侧的U形槽内并使用第二销轴固定，所述热变形试件上端活动安装在所述上高温拉杆右侧的U形槽内，下端安装在所述下高温拉杆右侧的U型槽内并使用所述第二销轴固定；

所述第一长支架上端固定安装在所述应力松弛试件上靠近所述上高温拉杆的位置，下端连接在所述第二滑轮的滑轮轴上，所述第一短支架上端固定安装在所述应力松弛试件上靠近所述下高温拉杆的位置，下端连接在所述第一滑轮的滑轮轴上；所述第二长支架上端固定安装在所述应力松弛试件上靠近所述上高温拉杆的位置，下端连接在所述第二滑轮的滑轮轴上，所述第一短支架上端固定安装在所述应力松弛试件上靠近所述下高温拉杆的位置，下端连接在所述第一滑轮的滑轮轴上；

所述下高温拉杆的左侧壁上开设有一个矩形的第一凹槽，所述第一滑轮和第二滑轮均放置在该第一凹槽内；所述下高温拉杆的右侧壁上开设有一个矩形的第二凹槽，所述第三滑轮和第四滑轮均放置在该第二凹槽内；

所述第一弹性片两端分别固定安装在所述第一滑轮的滑轮轴和所述第二滑轮的滑轮轴上，所述第一应变片安装在所述第一弹性片上，每个所述第一应变片均通过信号线与测试仪器相连；所述第二弹性片两端分别固定安装在所述第三滑轮的滑轮轴和所述第四滑轮的滑轮轴上，所述第二应变片安装在所述第二弹性片上，每个所述第二应变片均通过信号线与测试仪器相连。

2.如权利要求1所述的金属材料应力松弛试验引伸计装置，其特征在于，所述应力松弛试件上具有两组凸耳：应力松弛上凸耳和应力松弛下凸耳，每组凸耳均包括高度相同且位于所述应力松弛试件前后侧面上的两个凸耳，所述应力松弛上凸耳和应力松弛下凸耳分别位于所述应力松弛试件上靠近所述上高温拉杆和下高温拉杆的位置；所述热变形试件上也具有两组凸耳：热变形上凸耳和热变形下凸耳，所述热变形上凸耳和所述应力松弛上凸耳的高度相同，所述热变形下凸耳和所述应力松弛下凸耳的高度相同；

所述第一长支架上端的叉形接口与所述应力松弛试件上的应力松弛上凸耳连接并使用第三轴销固定，所述第一短支架上端的叉形接口与所述应力松弛试件上的应力松弛下凸耳连接并使用第四轴销固定；所述第二长支架上端的叉形接口与所述热变形试件上的热变形上凸耳连接并使用第三轴销固定，所述第二短支架上端的叉形接口与所述热变形试件上的热变形下凸耳连接并使用第四轴销固定。

3.如权利要求1所述的金属材料应力松弛试验引伸计装置，其特征在于，所述第一凹槽一侧壁上固定安装有一个第一L形挡板，该第一L形挡板一侧壁与所述第一凹槽的底面平行，另一侧壁向所述第一凹槽的底面延伸，使所述第一L形挡板11与所述第一凹槽之间形成半封闭的第一轨道仓，所述第一滑轮和第二滑轮分别上下放置在所述第一轨道仓内；所述第二凹槽一侧壁上固定安装有一个第二L形挡板，该第二L形挡板一侧壁与所述第二凹槽的底面平行，另一侧壁向所述第二凹槽的底面延伸，使所述第二L形挡板与所述第二凹槽16之间形成半封闭的第二轨道仓，所述第三滑轮和第四滑轮分别上下放置在所述第二轨道仓内。

4.如权利要求3所述的金属材料应力松弛试验引伸计装置，其特征在于，所述第一L形挡板的宽度小于所述第一凹槽的宽度，使所述第一L形挡板与所述第一凹槽的侧壁之间存在间隙，所述第一短支架的末端穿过该间隙与所述第一滑轮的滑轮轴连接，所述第一长支架的末端也穿过该间隙与所述第二滑轮的滑轮轴连接；所述第二L形挡板的宽度小于所述第二凹槽的宽度，使所述第二L形挡板与所述第二凹槽的侧壁之间存在间隙，所述第二短支架的末端穿过该间隙与所述第三滑轮的滑轮轴连接，所述第二长支架的末端也穿过该间隙与所述第四滑轮的滑轮轴连接。

5.权利要求1中金属材料应力松弛试验引伸计装置的试验方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

制备及安装应力松弛试件和热变形试件，并依次安装好第一长支架、第二长支架、第一短支架、第二短支架、第一滑轮、第二滑轮、第三滑轮、第四滑轮、第一弹性片、第二弹性片及第一应变片和第二应变片，关闭加热炉门；

通过计算机设置加载载荷大小、应力松弛试验温度、试件标距和横截面积S；

加载至预定载荷F后，获取应力松弛试件变形量X，由胡克定律F＝K·X计算得到弹性系数K，由公式计算得到应力松弛试件的应力值σ；

在加热至预定温度过程中，以一定频率采集热变形试件的弹性变形增加量ΔX，并同时使应力松弛试件增加相同的变形量ΔX，由胡克定律计算此时应力松弛试件的实际外加载荷值F′，并计算应力松弛试件的实际应力值σ′；

加热至预定的应力松弛试验温度，依次进行保温、降温和卸载，由实时计算得到的应力松弛试件的实际应力值σ′绘制真实的应力松弛曲线。