CN111006943B - 镍基单晶小试件的高温疲劳夹具及高温疲劳试验设备 - Google Patents

Abstract

本公开涉及航空技术领域，尤其涉及一种镍基单晶小试件的高温疲劳夹具及高温疲劳试验设备。该镍基单晶小试件包括相对设置的第一部和第二部、及连接第一部和第二部的第三部，第一部和第二部的相同侧的侧壁上均设有第一卡合体，第三部的尺寸小于第一部和第二部的尺寸。该高温疲劳夹具包括连接部和装卡部，其中：连接部能够与疲劳试验机相连接；装卡部固定于连接部远离疲劳试验机的一端，用于装卡镍基单晶小试件。该高温疲劳夹具的结构较为简单，使得镍基单晶小试件的固定和拆解较为容易，也能够阻挡断裂后的镍基单晶小试件飞溅出去。

Description

镍基单晶小试件的高温疲劳夹具及高温疲劳试验设备

技术领域

本公开涉及航空技术领域，尤其涉及一种镍基单晶小试件的高温疲劳夹具及高温疲劳试验设备。

背景技术

镍基单晶合金因其在高温下优异的力学性能，尤其是抗氧化、耐腐蚀、高韧性以及良好的加工塑性等，已然成为航空发动机中涡轮叶片的首选材料。因为涡轮叶片的工作温度较高，通常在涡轮叶片的表面上加工出具有一定排布规律的气膜孔，气膜孔能够对涡轮叶片进行降温，进而保证了涡轮叶片的正常工作。

气膜孔会削弱涡轮叶片的强度，并在其周围产生疲劳裂纹，但是涡轮叶片的结构较为复杂，难以直接对其进行疲劳试验，因此，通常用开设有气膜孔的镍基单晶试件代替涡轮叶片进行疲劳试验。

镍基单晶试件分为标准试件和非标试件，因为非标试件中的小试件既能节约材料，又能满足疲劳测试要求，所以有着更为广泛的应用。当然，需要用高温疲劳夹具固定住镍基单晶小试件，从而对镍基单晶小试件进行疲劳试验。

现有技术中，高温疲劳夹具包括楔形夹具、平推夹具及筒式夹具，均为多个部件装配而成，一方面，结构都较为复杂，使得镍基单晶小试件的装上和拆下较为困难；另一方面，疲劳试验结束后，断裂的镍基单晶小试件很容易飞溅出去。

所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本公开的目的在于提供一种镍基单晶小试件的高温疲劳夹具及高温疲劳试验设备，该高温疲劳夹具的结构较为简单，使得镍基单晶小试件的固定和拆解较为容易，也能够阻挡断裂后的镍基单晶小试件飞溅出去。

为实现上述发明目的，本公开采用如下技术方案：

根据本公开的一个方面，提供一种镍基单晶小试件的高温疲劳夹具，所述镍基单晶小试件包括第一部、第二部和第三部，所述第二部和所述第一部相对设置，且在所述第一部和所述第二部的相同侧的侧壁上均设有第一卡合体，所述第三部连接所述第一部和所述第二部，且所述第三部的尺寸小于所述第一部和所述第二部的尺寸，所述高温疲劳夹具包括：

连接部，能够与疲劳试验机相连接；

装卡部，固定于所述连接部远离所述疲劳试验机的一端，用于装卡所述镍基单晶小试件；

所述装卡部具有空腔，所述空腔具有开口，所述开口位于所述装卡部的第一侧面，并贯通所述装卡部的第二侧面，所述第二侧面位于所述装卡部远离所述连接部的一端，并垂直于所述第一侧面；

所述空腔包括第一凹槽和第二凹槽；所述第一凹槽从所述开口向内延伸；所述第一凹槽的槽壁上设有第二卡合体，所述槽壁与所述第一侧面正对设置，所述第二卡合体能够和所述第一卡合体相卡合；所述第二凹槽位于所述第一凹槽远离所述连接部的一侧，且与所述第一侧面形成第一阻挡体；

其中，在所述镍基单晶小试件经所述第一凹槽装卡到所述第二凹槽时，所述第二卡合体和所述第一卡合体相卡合，所述第一阻挡体能够阻挡所述镍基单晶小试件脱落。

在本公开的一种示例性实施例中，所述第三部和所述第一部的连接处、所述第三部和所述第二部的连接处均设有第一圆弧，所述第二凹槽的边缘处设有与所述第一圆弧相匹配的第二圆弧。

在本公开的一种示例性实施例中，所述第一凹槽的尺寸满足预设公式：

其中，S为所述第一凹槽的深度，H₁为所述装卡部的厚度，H₂为所述镍基单晶小试件的厚度。

在本公开的一种示例性实施例中，所述第一卡合体和所述第二卡合体中的一者包括凸起，另一者包括与所述凸起相卡合的凹陷。

在本公开的一种示例性实施例中，所述第一卡合体包括所述凹陷，所述第二卡合体中凸起；

其中，所述凹陷为圆柱孔，所述凸起为圆柱体。

在本公开的一种示例性实施例中，所述第一凹槽和所述第二凹槽均贯通所述装卡部的第三侧面，所述第三侧面垂直于所述第一侧面和所述第二侧面。

在本公开的一种示例性实施例中，所述连接部设有第一安装孔，所述第一安装孔的轴线垂直于所述第一侧面；所述疲劳试验机具有拉杆，所述拉杆靠近所述连接部的一端设有与所述连接部相配合的卡槽，所述卡槽的两端设有与所述第一安装孔相配合的第二安装孔；

所述高温疲劳夹具还包括：

连接件，设于所述第一安装孔和所述第二安装孔中，用于连接所述连接部和所述拉杆。

在本公开的一种示例性实施例中，所述连接部为板状结构，所述第一安装孔的直径和所述板状结构的宽度满足预设公式：

其中，D为所述第一安装孔的直径，W为所述板状结构的宽度。

在本公开的一种示例性实施例中，所述第一安装孔的侧壁上由内向外依次涂覆有热喷涂层和高温胶层。

根据本公开的一个方面，提供一种镍基单晶小试件的高温疲劳试验设备，所述高温疲劳试验设备包括：

疲劳试验机，具有相对设置的第一拉杆和第二拉杆；

上述任意一项所述的高温疲劳夹具，数量为两个；

其中，两个所述高温疲劳夹具分别连接于所述第一拉杆和所述第二拉杆，所述第一拉杆和所述第二拉杆用于为所述镍基单晶小试件提供拉力或压力；

加热炉，设于疲劳试验机，用于为所述镍基单晶小试件提供高温环境。

本公开实施方式的镍基单晶小试件的高温疲劳夹具及高温疲劳试验设备，该高温疲劳夹具为一体化夹具，其中：连接部能够与疲劳试验机相连接，装卡部固定于连接部远离疲劳试验机的一端，且具有能够装卡镍基单晶小试件的空腔。相较于现有技术中的楔形夹具、平推夹具及筒式夹具，本申请的高温疲劳夹具的结构较为简单，镍基单晶小试件可直接装到空腔或是从空腔拆下，简化了操作过程。

在操作过程中，镍基单晶小试件能够经第一凹槽装卡到第二凹槽，此时，第一凹槽的槽壁上的第二卡合体和镍基单晶小试件侧壁上的第一卡合体相卡合，且镍基单晶小试件的第一部与第二凹槽的槽底贴合，从而使得镍基单晶小试件在受力时能够保持垂直状态，进而使得测量出的镍基单晶小试件的疲劳结果数据更加准确。

另外，第二凹槽和高温疲劳夹具的第一侧面形成的第一阻挡体能够阻挡镍基单晶小试件脱落，尤其是在试验结束镍基单晶小试件断裂时，第一阻挡体可阻挡镍基单晶小试件飞溅，避免对试验设备造成损坏，也有利于对镍基单晶小试件的断口情况进行观察。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，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是本公开实施方式镍基单晶小试件的结构示意图。

图2是本公开实施方式镍基单晶小试件的高温疲劳夹具的结构示意图。

图3是本公开实施方式镍基单晶小试件的高温疲劳夹具的另一视角下的结构示意图。

图4是本公开实施方式镍基单晶小试件的高温疲劳夹具的空腔的结构示意图。

图5是本公开实施方式拉杆、销钉、高温疲劳夹具和镍基单晶小试件的装配示意图。

图6是本公开实施方式拉杆、高温疲劳夹具和销钉的装配示意图。

图7是本公开实施方式第一安装孔的受力分析图。

图8是本公开实施方式第一安装孔的D/W和应力集中系数K_t的关系图。

图9是本公开实施方式辅助槽的结构示意图。

图10是本公开实施方式锥形加工棒的结构示意图。

图11是本公开实施方式塑性区的结构示意图。

图12是本公开实施方式镍基单晶小试件的高温疲劳试验设备的示意图。

图13是本公开实施方式镍基单晶小试件的高温疲劳试验设备的热电偶的安装示意图。

图1～图11中：1、镍基单晶小试件；11、第一部；110、第一卡合体；12、第二部；13、第三部；130、第一圆弧；131、气膜孔；2、高温疲劳夹具；3、连接部；30、第一安装孔；300、辅助槽；4、装卡部；400、第一侧面；401、第二侧面；402、第三侧面；41、空腔；411、第一凹槽；4110、第二卡合体；412、第二凹槽；4120、第二圆弧；42、第一阻挡体；5、第二阻挡体；6、连接件；7、拉杆；71、卡槽；710、第二安装孔；8、锥形加工棒。

图12～图13中：1、疲劳试验机；11、第一拉杆；12、第二拉杆；2、加热炉；3、高温疲劳夹具；4、镍基单晶小试件；5、热电偶。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施例使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。

所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、材料等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、材料或者操作以避免模糊本公开的主要技术创意。

虽然本说明书中使用相对性的用语，例如“上”“下”来描述图标的一个组件对于另一组件的相对关系，但是这些术语用于本说明书中仅出于方便，例如根据附图中所述的示例的方向。能理解的是，如果将图标的装置翻转使其上下颠倒，则所述在“上”的组件将会成为在“下”的组件。其他相对性的用语，例如“高”“低”“顶”“底”“左”“右”等也作具有类似含义。

当某结构在其它结构“上”时，有可能是指某结构一体形成于其它结构上，或指某结构“直接”设置在其它结构上，或指某结构通过另一结构“间接”设置在其它结构上。用语“一个”、“一”、“所述”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等。用语“第一”和“第二”等仅作为标记使用，不是对其对象的数量限制。

本公开实施方式中提供一种镍基单晶小试件的高温疲劳夹具，用于装卡镍基单晶小试件1，进而对镍基单晶小试件1进行高温疲劳试验。

如图1所示，镍基单晶小试件1可包括第一部11、第二部12和第三部13，其中：

第二部12和第一部11相对设置，且在第一部11和第二部12的相同侧的侧壁上均可设有第一卡合体110。举例而言，第一卡合体110可以包括凹陷，且该凹陷可以为圆孔状或长圆孔状，此处不再一一列举。当然，第一卡合体110也可以包括凸起，此处不作特殊限定。

第三部13的中心位置可设有气膜孔131，该气膜孔131和涡轮叶片上的气膜孔的规格和尺寸完全相同，此处不再详细描述。第三部13连接第一部11和第二部12，且第三部13和第一部11的连接处、第三部13和第二部12的连接处均可设有第一圆弧130，以减小连接处的应力集中系数，避免因应力集中系数过大而引起的疲劳裂纹。

需要注意的是，第三部13的尺寸小于第一部11和第二部的尺寸12，以使镍基单晶小试件1的上、下两端和本申请的高温疲劳夹具2有足够的接触面积，增加高温疲劳夹具2夹持的稳定性，防止镍基单晶小试件1在试验途中脱落。

综上所述，镍基单晶小试件1可以为呈“工”字形的对称结构，且其宽度从上到下逐渐变窄。

如图2所示，本公开实施方式的高温疲劳夹具2可包括连接部3和装卡部4，其中：连接部3能够与疲劳试验机相连接；装卡部4可固定于连接部3远离疲劳试验机的一端，且具有能够装卡镍基单晶小试件1的空腔41。

该高温疲劳夹具2为一体化夹具，相较于现有技术中的楔形夹具、平推夹具及筒式夹具，结构较为简单，镍基单晶小试件1可直接装进空腔41或是从空腔41中拆下，操作过程较为简单。

具体而言，空腔41可具有开口，并贯通装卡部4的第二侧面401，第二侧面401位于装卡部4远离连接部3的一端，并垂直于第一侧面400。

空腔41可包括第一凹槽411和第二凹槽412，其中：第一凹槽411从上述开口向内延伸；第一凹槽411中与第一侧面400正对设置的槽壁上可设有第二卡合体4110，该第二卡合体4110能够和第一卡合体110相卡合；第二凹槽412可位于第一凹槽411远离连接部3的一侧，且与第一侧面400形成第一阻挡体42。

在操作过程中，镍基单晶小试件1能够经第一凹槽411装卡到第二凹槽412，此时，第二卡合体4110和第一卡合体110相卡合，且镍基单晶小试件1的第一部11与第二凹槽412的槽底贴合，从而使得镍基单晶小试件1在受力时能够保持垂直的状态，进而使得测量出的镍基单晶小试件1的疲劳结果数据更加准确。

另外，第一阻挡体42能够阻挡镍基单晶小试件1脱落，尤其是在试验结束镍基单晶小试件1断裂时，第一阻挡体42可阻挡镍基单晶小试件1飞溅，避免对试验设备造成损坏，也有利于对镍基单晶小试件1的断口情况进行观察。

下面结合附图对本公开实施方式提供的试验设备的各部件进行详细说明：

如图2所示，连接部3用来与疲劳试验机相连接，以使疲劳试验机能够对固定在装卡部4的镍基单晶小试件1施加拉力或压力。

举例而言，连接部3可以为板状结构，该板状结构上可设有第一安装孔30，且第一安装孔30的轴线可垂直于装卡部4的第一侧面400，而疲劳试验机可具有拉杆7，如图5和图6所示，拉杆7靠近连接部3的一端可设有与连接部3相配合的卡槽71，且卡槽71的两端设有与第一安装孔30相配合的第二安装孔710，此时，本公开实施方式的高温疲劳夹具2还可包括连接件6，该连接件6可安装在第一安装孔30和第二安装孔710中，从而实现连接部3和拉杆7的连接。

连接件6可以为销钉，为了使销钉能够较为方便地插入或拔出，销钉的直径可略小于第一安装孔30及第二安装孔710的直径。

如图7所示，连接部3的宽度为W，第一安装孔30的直径为D，第一安装孔30和连接部3顶端的距离为H。在疲劳试验过程中，第一安装孔30受到连接件6(销钉)对其施加的变化的载荷P的作用，导致第一安装孔30出现应力集中。

如图8所示，曲线①表示第一安装孔30中没有连接件6(销钉)时，第一安装孔30的应力集中情况，且应力集中系数K_t满足以下表达式：

曲线②表示第一安装孔30中有连接件6(销钉)、且H/W≥1时，第一安装孔30的应力集中情况；

曲线③表示第一安装孔30中有连接件6(销钉)、且H/W＝0.5时，第一安装孔30的应力集中情况。

曲线②位于曲线③之下，即：H/W≥1时第一安装孔30的应力集中系数K_t较小，因此，本申请可选定H/W≥1。另外，在宽度W不变的情况下，直径D越大，D/W越大，第一安装孔30的应力集中系数K_t越小，但是，直径D越大，对连接部3的强度的削弱也越大，综上考虑，本申请可选定应力集中系数K_t≤3.5，相应地，D/W≥1/3。

需要注意的是，可采用热喷涂工艺对第一安装孔30的孔面进行处理，即：第一安装孔30的侧壁可涂覆有热喷涂层，以增大孔面的硬度或屈服强度，从而改善第一安装孔30的抗微动损伤性能。当然，也可采用喷丸强化等工艺对第一安装孔30的孔面进行处理，此处不再一一列举。

为了更进一步地减小连接件6(销钉)对第一安装孔30产生的微动磨损和微动疲劳，本公开实施方式还提供以下几种方法：

(1)如图9所示，可在第一安装孔30的孔周开设辅助槽300，以避免绝大部分的销钉与第一安装孔30直接接触，进而减小接触面积。当然，也可在辅助槽300中填充具有较好的抗微动损伤性能的材料，举例而言，该材料可以为SF–2型高分子复合材料等，此处不再详细描述。

(2)如图10和图11所示，第一安装孔30可采用塑性胀孔方案，具体而言，首先在连接部3上加工出预设孔，该预设孔的直径小于第一安装孔30的实际孔径，然后将锥形加工棒8(该锥形加工棒8小端的直径小于预设孔的直径，大端的直径大于第一安装孔30的实际孔径)的小端打进前述预设孔，并挤压该预设孔变大，最终形成第一安装孔30，由此，即可在第一安装孔30的孔周引入残余压缩应力，并产生塑性区S，以减少使用过程中连接件6(销钉)对第一安装孔30的磨损。

(3)在第一安装孔30的加工过程中需要注意加工精度，具体而言，第一安装孔30的孔面要尽可能光滑，从而降低第一安装孔30的摩擦系数。

由此，相较于现有的夹具，本公开实施方式的高温疲劳夹具2的第一安装孔30具有较好的抗微动损伤性能，从而避免了从第一安装孔30处发生断裂，也提高了高温疲劳夹具2的强度。

另外，第一安装孔30的侧壁上还可涂覆有高温胶层，且该高温胶层涂覆在前述热喷涂层的外部，也就是说，第一安装孔30的侧壁上由内向外依次涂覆有热喷涂层和高温胶层，从而防止出现因温度过高而导致销钉、连接部3和拉杆7粘接的现象。当然，也可在第二安装孔710的侧壁或连接件6(销钉)上涂覆高温胶层，此处不作特殊限定。

在另一实施方式中，连接部3也可以为圆体状结构，该圆柱状结构上可设有外螺纹，而疲劳试验机上设有内螺纹孔，该内螺纹孔和该外螺纹连接，进而实现连接部3和疲劳试验机的连接。

如图2所示，装卡部4可具有空腔41，该空腔41用来装卡镍基单晶小试件1。

具体而言，该空腔41可具有“T”型开口，该“T”型开口可位于装卡部4的第一侧面400，并贯通装卡部4的第二侧面401，第二侧面401位于装卡部4远离连接部3的一端，并垂直于第一侧面400；该“T”型开口向内延伸，并形成第一凹槽411，如图4所示，卡镍基单晶小试件1的第一部11和第三部13可经第一凹槽411进入装卡部4的内部。

当然，该空腔41还需包括第二凹槽412，该第二凹槽412位于第一凹槽411远离连接部3的一侧，且与第一侧面400形成第一阻挡体42。在卡镍基单晶小试件1的第一部11和第三部13经第一凹槽411进入装卡部4的内部后，可往下移动卡镍基单晶小试件1，以使第一部11卡合在第二凹槽412中，此时，第一阻挡体42能够阻挡镍基单晶小试件1脱落。

同时，第一凹槽411的槽壁上可设有第二卡合体4110，该槽壁可与第一侧面400正对设置，且该第二卡合体4110能够和第一卡合体110相卡合，此时，镍基单晶小试件1的第一部11与第二凹槽412的槽底相贴合。

由此，第一凹槽411限定了镍基单晶小试件1在左右方向上的晃动，第二卡合体4110限定了镍基单晶小试件1在上下方向上的晃动，从而使得镍基单晶小试件1在受力时能够保持垂直的状态，进而使得测量出的镍基单晶小试件1的疲劳结果数据更加准确。

需要注意的是，在空腔41的加工过程中，应该使第一凹槽411及第二凹槽412与镍基单晶小试件1接触的槽壁尽可能粗糙，从而增大空腔41和镍基单晶小试件1之间的摩擦力，进而使得镍基单晶小试件1能够更好地卡接在空腔41内。

另外，装卡部4中第二凹槽412的槽底到第二侧面401的部位为主要承力部，在设计过程中需要对第二凹槽412的槽底到第二侧面401的距离进行校核，以使装卡部4满足受力要求，此处不再详细描述。

同时，第一凹槽411的尺寸可满足以下预设公式：

其中，S为第一凹槽411的深度(“T”型开口的延伸距离)，H₁为装卡部4的厚度，H₂为镍基单晶小试件1的厚度。

由此，在镍基单晶小试件1卡合于第二凹槽412、且第二卡合体4110和第一卡合体110相卡合时，镍基单晶小试件1的中分面及连接部3的中分面(两个中分面均与第一侧面400平行)位于同一个平面，从而避免镍基单晶小试件1产生倾覆力矩，进而使得镍基单晶小试件1的疲劳结果数据更加准确。

如图2和图3所示，第一凹槽411和第二凹槽412均可贯通装卡部4的第三侧面402，第三侧面402垂直于第一侧面400和第二侧面401，也就是说，空腔41也可在第三侧面402上开口，该开口能够使得操作人员较为方便地将镍基单晶小试件1装入第一凹槽411。

如图5所示，当镍基单晶小试件1从气膜孔131处发生断裂时，镍基单晶小试件1可分裂为上半部和下半部，且上半部受到向上的冲力，下半部受到向下的冲力，如果两个方向上的冲力均破坏了第一卡合体110和第二卡合体4110的卡合关系，很容易使得上半部和下半部冲出第二凹槽412。

为了避免上述极端情况，如图2和图3所示，本公开实施方式的高温疲劳夹具2还可包括第二阻挡体5，该第二阻挡体5可设于第一侧面400，并位于第一凹槽411远离第三侧面402的一端，当然，该第二阻挡体5和第二凹槽412并不发生干涉。

由此，在上半部和下半部受到的冲力均破坏了第一卡合体110和第二卡合体4110的卡合关系时，第二阻挡体5能够防止上半部和下半部飞溅而出。

另外，如上所述，空腔41在第三侧面402上设有开口，因此，镍基单晶小试件1可经该开口倾斜装入高温疲劳夹具2，也就是说，第二阻挡体5的存在并不会影响镍基单晶小试件1的安装。

需要注意的是，第二阻挡体5可以为单独的部件，并可通过卡接、粘接或焊接的方式实现固定，此处不再详细描述。当然，第二阻挡体5也可以和空腔41一体成型，此处不作特殊限定。

第二卡合体4110和第一卡合体110相卡合，第一卡合体110和第二卡合体4110中的一者可包括凸起，另一者可包括与凸起相卡合的凹陷。

如前所述，第一卡合体110可以包括凹陷，且该凹陷可以为圆孔状或长圆孔状，此时，第二卡合体4110可包括凸起，该凸起可以圆柱状，且该圆柱状凸起可与圆孔状或长圆孔状凹陷配合。

需要注意的是，在圆柱状凸起(第二卡合体4110)和长圆孔状凹陷(第一卡合体110)配合时，镍基单晶小试件1受拉或受压发生变形，圆柱状凸起可以在长圆孔状凹陷中微量移动，防止出现因圆柱状凸起被拉断而导致高温疲劳夹具2损坏的情况。

当然，第一卡合体110也可包括凸起，此时，第二卡合体4110可包括凹陷，此处再详细描述。

如前所述，第三部13和第一部11的连接处、第三部13和第二部12的连接处均可设有第一圆弧130，相应地，如图2所示，第二凹槽412的边缘处设有与第一圆弧130相匹配的第二圆弧4120，以使镍基单晶小试件1能够与第二凹槽412的槽底更好地贴合，从而使得镍基单晶小试件1在受力时能够保持垂直的状态。

如图12所示，本公开实施方式中还提供一种镍基单晶小试件的高温疲劳试验设备，该高温疲劳试验设备可包括疲劳试验机1、加热炉2和高温疲劳夹具3，其中：

疲劳试验机1可具有相对设置的第一拉杆11和第二拉杆12，高温疲劳夹具3的数量为两个，一个高温疲劳夹具3固定于第一拉杆11上、另一个高温疲劳夹具3固定于第二拉杆12上，第一拉杆11、第二拉杆12和高温疲劳夹具3的结构及互相的连接方式已在前文中详细描述，此处不再赘述。

两个高温疲劳夹具3之间装卡镍基单晶小试件4，由此，第一拉杆11和第二拉杆12可经高温疲劳夹具3向镍基单晶小试件4提供拉力或压力。

加热炉2可设于疲劳试验机1，用于为镍基单晶小试件4提供高温环境。具体而言，加热炉2可具有加热腔，该加热腔可包围高温疲劳夹具3和镍基单晶小试件4。

另外，由于温度差异对疲劳试验的影响很大，为了实时监测镍基单晶小试件4在试验过程中的温度情况，如图13所示，可利用热电偶5与镍基单晶小试件4接触，再将热电偶5与电气仪表连接起来，从而能够在电气仪表上读出镍基单晶小试件4的温度值。

举例而言，热电偶5可以为铂铑合金或者镍铬-硅镍合金，此处不作特殊限定。热电偶5的数量可以为三根，三根热电偶5可分别设于镍基单晶小试件4的上、中、下三端，并利用石棉绳将热电偶5和镍基单晶小试件4绑扎固定。

需要注意的是，因为镍基单晶小试件4的中间位置(气膜孔)处存在较大的变形，热电偶5应该避开该位置进行设置，具体而言，热电偶5可偏上或偏下设置，此处不作特殊限定。

应当理解的是，本公开不将其应用限制到本说明书提出的部件的详细结构和布置方式。本公开能够具有其他实施方式，并且能够以多种方式实现并且执行。前述变形形式和修改形式落在本公开的范围内。应可理解的是，本说明书公开和限定的本公开延伸到文中和/或附图中提到或明显的两个或两个以上单独特征的所有可替代组合。所有这些不同的组合构成本公开的多个可替代方面。本说明书所述的实施方式说明了已知用于实现本公开的最佳方式，并且将使本领域技术人员能够利用本公开。

Claims (7)

1.一种镍基单晶小试件的高温疲劳夹具，所述镍基单晶小试件包括第一部、第二部和第三部，所述第二部和所述第一部相对设置，且在所述第一部和所述第二部的相同侧的侧壁上均设有第一卡合体，所述第三部连接所述第一部和所述第二部，且所述第三部的尺寸小于所述第一部和所述第二部的尺寸，其特征在于，所述高温疲劳夹具包括：

连接部，能够与疲劳试验机相连接；

装卡部，固定于所述连接部远离所述疲劳试验机的一端，用于装卡所述镍基单晶小试件；

所述装卡部具有空腔，所述空腔具有开口，所述开口位于所述装卡部的第一侧面，并贯通所述装卡部的第二侧面，所述第二侧面位于所述装卡部远离所述连接部的一端，并垂直于所述第一侧面；

所述空腔包括第一凹槽和第二凹槽；所述第一凹槽从所述开口向内延伸；所述第一凹槽的槽壁上设有第二卡合体，所述槽壁与所述第一侧面正对设置，所述第二卡合体能够和所述第一卡合体相卡合；所述第二凹槽位于所述第一凹槽远离所述连接部的一侧，且与所述第一侧面形成第一阻挡体；

第三侧面，所述第一凹槽和所述第二凹槽均贯通所述第三侧面，所述第三侧面垂直于所述第一侧面和所述第二侧面，且所述空腔在所述第三侧面上具有开口；

第二阻挡体，所述第二阻挡体设于所述第一侧面，并位于所述第一凹槽远离所述第三侧面的一端；

其中，在所述镍基单晶小试件经所述第一凹槽装卡到所述第二凹槽时，所述第二卡合体和所述第一卡合体相卡合，所述第一阻挡体能够阻挡所述镍基单晶小试件脱落；

所述连接部设有第一安装孔，所述第一安装孔的轴线垂直于所述第一侧面，且所述第一安装孔的侧壁上由内向外依次涂覆有热喷涂层和高温胶层；所述疲劳试验机具有拉杆，所述拉杆靠近所述连接部的一端设有与所述连接部相配合的卡槽，所述卡槽的两端设有与所述第一安装孔相配合的第二安装孔；所述高温疲劳夹具还包括：连接件，设于所述第一安装孔和所述第二安装孔中，用于连接所述连接部和所述拉杆，且所述第一安装孔和连接部顶端的距离和连接部的宽度的比值满足预设公式：H/W≥1，其中，H为所述第一安装孔和连接部顶端的距离，W为连接部的宽度。

2.根据权利要求1所述的高温疲劳夹具，其特征在于，所述第三部和所述第一部的连接处、所述第三部和所述第二部的连接处均设有第一圆弧，所述第二凹槽的边缘处设有与所述第一圆弧相匹配的第二圆弧。

3.根据权利要求1所述的高温疲劳夹具，其特征在于，所述第一凹槽的尺寸满足预设公式：

其中，S为所述第一凹槽的深度，H₁为所述装卡部的厚度，H₂为所述镍基单晶小试件的厚度。

4.根据权利要求3所述的高温疲劳夹具，其特征在于，所述第一卡合体和所述第二卡合体中的一者包括凸起，另一者包括与所述凸起相卡合的凹陷。

5.根据权利要求4所述的高温疲劳夹具，其特征在于，所述第一卡合体包括所述凹陷，所述第二卡合体中凸起；所述凹陷为圆柱孔，所述凸起为圆柱体。

6.根据权利要求1所述的高温疲劳夹具，其特征在于，所述连接部为板状结构，所述第一安装孔的直径和所述板状结构的宽度满足预设公式：

其中，D为所述第一安装孔的直径，W为所述板状结构的宽度。

7.一种镍基单晶小试件的高温疲劳试验设备，其特征在于，包括：

疲劳试验机，具有相对设置的第一拉杆和第二拉杆；

权利要求1～6任意一项所述的高温疲劳夹具，数量为两个；

其中，两个所述高温疲劳夹具分别连接于所述第一拉杆和所述第二拉杆，所述第一拉杆和所述第二拉杆用于为所述镍基单晶小试件提供拉力或压力；

加热炉，设于疲劳试验机，用于为所述镍基单晶小试件提供高温环境。

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