CN108519414B - 在动态旋转条件下检测金属材料抗氢脆性能的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在动态旋转条件下检测金属材料抗氢脆性能的装置，其包括容器、试样、旋转装置、辅助电极、参比电极、恒电位仪、数据采集器；容器内设有电解液；试样的两端分别与上夹具、下夹具连接，使试样呈竖直状态；试样、上夹具、下夹具置于容器内，且下夹具与容器的底部连接；试样通过导线与恒电位仪连接；旋转装置置于容器上，其与上夹具连接；辅助电极、参比电极置于电解液内，并通过导线与恒电位仪连接；数据采集器与旋转装置连接。本发明还提供一种在动态旋转条件下检测金属材料抗氢脆性能的方法。本发明采用旋转方式测量金属材料的抗氢脆性能，能更真实的反应材料在实际使用过程中的抗氢脆性能。

Description

在动态旋转条件下检测金属材料抗氢脆性能的装置及方法

技术领域

本发明属于抗氢脆性能测试领域，具体涉及一种在动态旋转条件下检测金属材料抗氢脆性能的装置及方法。

背景技术

近年来“节能环保”已经成为人们广泛关注的话题，尤其是在汽车行业，降低汽车自身重量可以降低油耗、减少废气排放量。高强钢作为汽车减重的重要成员，越来越多的被用于汽车各个零部件。而高强钢的氢脆是不可忽视的问题。因氢脆断裂具有延迟性和突发性，难以通过正常检查程序发现合金构件是否会发生氢脆断裂，所以氢脆断裂带来的危害要比其他断裂造成的危害大得多。

常见的评测高强钢氢脆的方法主要为静态法，该静态法是在静态条件下模拟高强钢的服役环境来研究氢脆对材料的使用性能的影响。然后好多高强钢的使用环境是在动态条件下进行的，目前还未见动态模拟测试高强钢氢脆的试验装置，因此对于高强钢在动态条件下的氢脆行为，缺乏有效可靠的评价手段和技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在动态旋转条件下检测金属材料抗氢脆性能的装置及方法，该试验装置及方法采用旋转方式测量金属材料的抗氢脆性能，能更真实的反应材料在实际使用过程中的抗氢脆性能。

本发明所采用的技术方案是：

一种在动态旋转条件下检测金属材料抗氢脆性能的装置，其包括容器、试样、下夹具、上夹具、旋转装置、辅助电极、参比电极、恒电位仪、数据采集器；

所述容器内设有电解液；

所述试样的两端分别与上夹具、下夹具连接，使试样呈竖直状态；所述试样、上夹具、下夹具置于容器内，且所述下夹具与容器的底部连接；所述试样通过导线与恒电位仪连接；试样作为阴极材料在电解过程中可以在表面富集一层氢，起到模拟氢环境；

所述旋转装置置于容器上，其与上夹具连接，用于带动试样做小角度旋转；

所述辅助电极、参比电极置于电解液内，并通过导线与恒电位仪连接；辅助电极作为阳极主要起到氧化电解液的作用；参比电极在测量电极电势时作参照比较；

所述数据采集器与旋转装置连接，用于采集旋转装置的旋转圈数，以此来评判高强钢的抗氢脆性能。

按上述方案，所述旋转装置包括旋转辅助装置、转动支架、减速箱、电机、角度传感器、控制器；所述旋转辅助装置用于与上夹具、转动支架连接；所述转动支架通过减速箱与电机连接；所述角度传感器将采集的转动支架的转动角度传递给控制器，控制器控制电机工作。

按上述方案，所述旋转辅助装置主要起带动试样转动以及固定上夹具的作用，其包括圆环和位于圆环两侧的传动轴，所述传动轴上设有通孔；所述圆环通过圆形楔子与上夹具固定连接；所述转动支架包括竖直支架和与竖直支架连接的U型架，所述U型架的两端插入传动轴上的通孔；所述减速箱、数据采集器、角度传感器与竖直支架连接。该结构能确保整个结构的稳定，使测量数据更准确。

按上述方案，所述试样为两头大，中间小的圆棒；圆棒状中间部位直径≤1/2端部直径；电解液的液面没过中间直径较小部位；以确保在实验过程中，中间先断，使测量数据更准确。

按上述方案，所述容器下设有支座；所述下夹具通过正方形卡槽与容器底部连接。

按上述方案，下夹具由两块楔形磨具组成，采用螺母紧固试样。

本发明还提供一种采用上述在动态旋转条件下检测金属材料抗氢脆性能的装置进行在动态旋转条件下检测金属材料抗氢脆性能的方法，具体步骤为：

（1）、先将试样加工成两头大，中间小的圆棒状；圆棒状中间部位直径≤1/2端部直径；

（2）、通过下夹具的楔形磨具将试样夹紧固定；

（3）、向容器内注入电解液，使电解液的液面没过中间直径较小部位；然后通过上夹具的楔形磨具将试样的上端固定；

（4）、插入参比电极和辅助电极，然后将试样、参比电极和辅助电极通过导线与恒电位仪相连；

（5）、上夹具利用圆形楔子固定在转动辅助装置上；

（6）、在转动支架上，与转动辅助装置相接处贴上绝缘贴片；然后将转动支架插入转动辅助装置的两根传动轴的通孔中；使转动支架与转动辅助装置相连；

（7）、转动支架通过螺母固定在减速箱的传动轴上，减速箱通过油缸与电机相连；

（8）、将数据采集器和角度传感器连接到转动支架上，同时将角度传感器15与控制器相连，控制器与电机相连；

（9）、打开恒电位仪，通过设定不同的电流密度和/或通过不同电解液来达到不同浓度充氢的目的；设定恒定充氢电流后，通过电化学稳定充氢；

（10）、开动电机，减速箱将电机运行速度降低后，通过转动支架和转动辅助装置的转动带动试样进行旋转；通过控制器设定试样的旋转角度，通过角度传感器采集试样的旋转角度；角度传感器将采集的信号传递给控制器，控制器根据该信号控制电机工作，直到试样发生断裂，通过数据采集器采集传动支架的旋转圈数；

（11）、通过数据采集器采集转动支架的转动次数来评判高强钢的抗氢脆性能。

本发明的有益效果在于：

起到充氢介质作用的电解液盛装在容器中，不同的电解液可以提供不同的氢含量供给，以真实模拟氢环境，能更真实的反映金属材料在实际使用过程中的抗氢脆性能；不仅对材料和构件在外部特殊条件下的安全服役，降低事故发生的频率有着十分重要的意义；还能够为内部特殊条件下材料的实用性和可靠性评价提供理论依据和技术支持；

通过角度传感器、控制器、电机的使用可以实现对不同转动角度的金属材料的动态扭转抗氢脆性能的检测，以真实模拟动态旋转环境，更真实的反映金属材料在实际使用过程中的抗氢脆性能；

通过设置减速箱，可以使试样实现小角度旋转，以更真实的模拟金属材料的动态旋转，使试验数据更准确。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是在动态旋转条件下检测金属材料抗氢脆性能的装置的结构示意图；

图2是旋转辅助装置的俯视示意图；

其中：1、支座；2、下夹具；3、容器；4、电解液；5、试样；6、参比电极；7、辅助电极；8、恒电位仪；9、上夹具；10、转动辅助装置；10.1、圆环；10.2、传动轴；10.3、通孔；11、转动支架；12、数据采集器；13、减速箱；14、电机；15、角度传感器；16、正方形卡槽。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参见图1和图2，一种在动态旋转条件下检测金属材料抗氢脆性能的装置，其包括容器3、试样5、下夹具2、上夹具9、辅助电极7、参比电极6、恒电位仪8、数据采集器12、旋转辅助装置10、转动支架11、减速箱13、电机14、角度传感器15、控制器。容器3内设有电解液4，电解液4起到充氢介质作用，不同的电解液4可以提供不同的氢含量供给，以真实模拟氢环境。试样5的两端分别与上夹具9、下夹具2连接，以使试样5呈竖直状态；试样5、上夹具9、下夹具2置于容器3内，且下夹具2通过正方形卡槽16与容器3的底部连接；试样5通过导线与恒电位仪8连接。辅助电极6、参比电极7置于电解液4内，并通过导线与恒电位仪8连接。旋转辅助装置10置于容器3上，用于与上夹具9、转动支架11连接；转动支架11与减速箱13的传动轴连接，减速箱13通过气缸与电机14连接；角度传感器15、数据采集器13连接，角度传感器15将采集的转动支架11的转动角度传递给控制器，控制器根据角度传感器15传来的数据控制电机14工作，电机14带动试样做小角度转动，从而真实模拟金属材料的动态旋转。数据采集器12用于采集转动支架11的旋转圈数，从而得出试样5的旋转圈数，进而准确评判高强钢的抗氢脆性能。

为了使结构稳定，旋转辅助装置10包括圆环10.1和位于圆环10.1两侧的传动轴10.2，传动轴10.2上设有通孔10.3；圆环10.1通过圆形楔子与上夹具9固定连接。转动支架11包括竖直支架和与竖直支架连接的U型架， U型架的两端插入传动轴10.2的通孔10.3中，转动支架与转动辅助装置相连接；减速箱13、数据采集器12、角度传感器15与竖直支架连接。

为了确保测量数据的准确性，试样5为两头大，中间小的圆棒；圆棒状中间部位直径≤1/2端部直径；电解液4的液面没过中间直径较小部位。容器3下设有支座1。

一种采用上述在动态旋转条件下检测金属材料抗氢脆性能的装置进行在动态旋转条件下检测金属材料抗氢脆性能的方法，具体步骤为：

1、先将试样5加工成两头大，中间小的圆棒状，圆棒状中间部位直径≤1/2端部直径；

2、通过下夹具2的楔形磨具将试样5夹紧固定；

3、向容器3内注入电解液4，使电解液4的液面没过试样5的中间直径较小部位，然后通过上夹具9内部的楔形磨具将试样的上端固定；

4、插入参比电极6和辅助电极7，然后将试样5、参比电极6和辅助电极6通过导线与恒电位仪8相连；

5、上夹具9利用圆形楔子固定在转动辅助装置10的圆环10.1上；

6、在转动支架11与转动辅助装置10相接处部位贴上绝缘贴片后，将转动支架11的U型架的两端插入转动辅助装置10的两根传动轴10.2的通孔10.3中，使转动支架11与转动辅助装置10相连接；在电机14转动后，二者一起带动试样5发生旋转；

7、转动支架11通过螺母固定在减速箱13的传动轴上，减速箱13通过油缸与电机14相连；

8、将数据采集器12和角度传感器15连接到转动支架11的竖直支架上，同时将角度传感器15与控制器相连，控制器控制电机14工作；

9、打开恒电位仪8，可以通过设定不同的电流密度来达到不同浓度充氢的目的，并且通过不同电解液也可以达到不同充氢效果；设定恒定充氢电流后，通过电化学稳定充氢；

10、开动电机14，减速箱13将电机14运行速度降低后，通过转动支架11和转动辅助装置10的转动带动试样5进行旋转；通过控制器设定试样5的旋转角度，通过角度传感器15采集试样5的旋转角度；角度传感器将采集的信号传递给控制器，控制器根据该信号控制电机工作（当角度传感器15检测到试样5旋转到设定角度后，将数据传递给控制器，控制器控制电机反转，依此反复循环），直到试样5发生断裂，通过数据采集器12采集传动支架11（试样5）的旋转圈数；

11、通过数据采集器13采集转动支架的11转动次数来评判高强钢的抗氢脆性能。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (2)

1.一种在动态旋转条件下检测金属材料抗氢脆性能的装置，其特征在于：包括容器、试样、下夹具、上夹具、旋转装置、辅助电极、参比电极、恒电位仪、数据采集器；

所述容器内设有电解液；

所述试样的两端分别与上夹具、下夹具连接，使试样呈竖直状态；所述试样、上夹具、下夹具置于容器内，且所述下夹具与容器的底部连接；所述试样通过导线与恒电位仪连接；

所述旋转装置置于容器上，其与上夹具连接，用于带动试样做小角度旋转；所述旋转装置包括旋转辅助装置、转动支架、减速箱、电机、角度传感器、控制器，所述旋转辅助装置包括圆环和位于圆环两侧的传动轴；所述旋转辅助装置用于与上夹具、转动支架连接；所述转动支架通过减速箱与电机连接；所述角度传感器将采集的转动支架的转动角度传递给控制器，控制器控制电机工作；所述传动轴上设有通孔；所述圆环通过圆形楔子与上夹具固定连接，所述传动轴与转动支架连接；所述转动支架包括竖直支架和与竖直支架连接的U型架，所述旋转辅助装置与U型架连接，所述减速箱、数据采集器、角度传感器与竖直支架连接；

所述辅助电极、参比电极置于电解液内，并通过导线与恒电位仪连接；

所述数据采集器与旋转装置连接，用于采集旋转装置的旋转圈数，以此来评判高强钢的抗氢脆性能；

所述试样为两头大，中间小的圆棒；圆棒状中间部位直径≤1/2端部直径；电解液的液面没过中间直径较小部位；所述容器下设有支座；所述下夹具通过正方形卡槽与容器底部连接。

2.一种采用权利要求1所述的在动态旋转条件下检测金属材料抗氢脆性能的装置进行金属材料动态旋转条件下抗氢脆性能的试验方法，其特征在于具体步骤为：

（1）、先将试样加工成两头大，中间小的圆棒状；圆棒状中间部位直径≤1/2端部直径；

（2）、通过下夹具的楔形磨具将试样夹紧固定；

（3）、向容器内注入电解液，使电解液的液面没过中间直径较小部位；然后通过上夹具的楔形磨具将试样的上端固定；

（4）、插入参比电极和辅助电极，然后将试样、参比电极和辅助电极通过导线与恒电位仪相连；

（5）、上夹具利用圆形楔子固定在转动辅助装置上；

（6）、在转动支架上，与转动辅助装置相接处贴上绝缘贴片；然后将转动支架插入转动辅助装置的两根传动轴的通孔中；使转动支架与转动辅助装置相连；

（7）、转动支架通过螺母固定在减速箱的传动轴上，减速箱通过油缸与电机相连；

（8）、将数据采集器和角度传感器连接到转动支架上，同时将角度传感器15与控制器相连，控制器与电机相连；

（9）、打开恒电位仪，通过设定不同的电流密度和/或通过不同电解液来达到不同浓度充氢的目的；设定恒定充氢电流后，通过电化学稳定充氢；

（10）、开动电机，减速箱将电机运行速度降低后，通过转动支架和转动辅助装置的转动带动试样进行旋转；通过控制器设定试样的旋转角度，通过角度传感器采集试样的旋转角度；角度传感器将采集的信号传递给控制器，控制器根据该信号控制电机工作，直到试样发生断裂，通过数据采集器采集传动支架的旋转圈数；

（11）、通过数据采集器采集的数据来评判高强钢的抗氢脆性能。

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