CN117191610A - 一种在高温下检测金属材料疲劳蠕变性能的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种在高温下检测金属材料疲劳蠕变性能的装置，包括：疲劳蠕变加载系统、加热系统、温控系统和数据分析系统；其中，所述疲劳蠕变加载系统用于对待检测金属材料进行竖直方向和水平方向上的拉压和剪切；所述加热系统设置在疲劳蠕变加载系统上，用于对待检测金属材料进行加热；所述温控系统与加热系统电性连接，用于控制加热系统进行加热；所述数据分析系统与疲劳蠕变加载系统、加热系统和温控系统电性连接，用于对各系统数据进行分析，本发明可以实现分别对待测试样施加拉伸与剪切载荷，能够进行双轴拉/压‑剪切疲劳或疲劳‑蠕变试验。
Description
技术领域
本发明涉及一种检测材料疲劳蠕变性能的装置，特别是一种在高温下检测金属材料疲劳蠕变性能的装置。
背景技术
绝大部分材料在工业制造生产的实际使用过程中，往往同时承受双轴或多轴的载荷工况，多轴载荷工况对于部件的性能提出了很高的要求，关于材料的多轴载荷试验也有许多学者研究，其中针对材料的面内拉伸-剪切双轴试验，目前运用较多的为Arcan夹具。利用Arcan夹具可以实现对于待测试样的拉伸-剪切载荷施加，从而达到测试材料拉伸-剪切双轴比例加载的试验目的。
Arcan夹具由上下两部分的盘形机构以及中间的固定夹块组成，盘形机构装配于万能试验机，试验机对盘形机构施加拉伸，通过中间的固定夹块将拉伸载荷分解为平面内的拉伸与剪切载荷作用于试验件。
不过现有双轴拉伸-剪切试验夹具具有一定的局限性，如下所列：
(1)、部件在实际工作过程中，受到的双轴载荷比并不一定是个定值，而Arcan夹无法实现任意载荷比的双轴加载，这对于细致探索材料双轴载荷工况下的性能是不利的。
(2)、部件在实际工作过程中，压缩与剪切载荷耦合作用的情况也时有发生，而拉伸与压缩主导的破坏机理并不相同，因此有必要对材料的压缩剪切性能进行研究，而现有Arcan夹具中心固定夹块采用的是螺栓固定，上下两部分盘形机构距离近且活动空间小，无法实现对材料的压缩剪切双轴试验测试。
(3)、在部件实际工作过程中，存在某单轴载荷单独加载一段时间后，才出现双轴载荷耦合的情况，而现有Arcan夹具无法实现针对试验件某方向的单独预加载。
(4)、多轴载荷工况往往伴随着高低周疲劳情况，而现有Arcan夹具无法实现针对试验件的双轴疲劳加载。
发明内容
发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种在高温下检测金属材料疲劳蠕变性能的装置。
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种在高温下检测金属材料疲劳蠕变性能的装置，包括：疲劳蠕变加载系统、加热系统、温控系统和数据分析系统；其中，所述疲劳蠕变加载系统用于对待检测金属材料进行竖直方向和水平方向上的拉压和剪切；所述加热系统设置在疲劳蠕变加载系统上，用于对待检测金属材料进行加热；所述温控系统与加热系统电性连接，用于控制加热系统进行加热；所述数据分析系统与疲劳蠕变加载系统、加热系统和温控系统电性连接，用于对各系统数据进行分析。
进一步的，所述疲劳蠕变加载系统，包括：固定台，用于固定竖直夹具和水平夹具；所述固定台包括：底座，底座上部两侧固设有左支承柱和右支承柱，左支承柱和右支承柱上端固设有横梁；所述竖直夹具设置在横梁和底座之间，所述水平夹具设置在左支承柱和右支承柱之间。
进一步的，所述竖直夹具，包括：竖直动作器，竖直动作器的运动端即竖直动作轴与第一竖直连接杆的一端连接，第一竖直连接杆的另一端设有下夹头；
所述竖直夹具，还包括：上夹头，用于和下夹头配合，在竖直方向上拉压和剪切所述待检测金属材料；上夹头上设有第二竖直连接杆；
所述竖直动作器的固定端固设在底座上；第二竖直连接杆与横梁固定连接。
进一步的，所述水平夹具，包括：水平动作器，水平动作器的运动端即水平动作轴上设有右夹头；
所述水平夹具，还包括：左夹头，用于和右夹头配合，在水平方向上拉压和剪切所述待检测金属材料；左夹头上设有水平连接杆；
所述水平动作器的固定端固设在右支承柱上；水平连接杆与左支承柱固定连接。
进一步的，所述左夹头或右夹头上设有夹块，或上述两个夹头上均设有夹块，夹块设置在上述夹头的夹持部中，用于适配待检测金属材料的形状。
进一步的，所述夹块为平板样夹块或圆棒样夹块，分别用于对板状试样或圆棒试样进行夹持固定。
进一步的，所述加热系统，包括：滑动设置在固定台上，用于加热待检测金属材料的环境箱，环境箱通过管道与加热炉连接，加热炉通过管道对环境箱内的待检测金属材料进行加热。
进一步的，所述固定台的左支承柱和右支承柱之间，固设有导轨，所述环境箱为对称结构，沿所述导轨滑动，从而分开或闭合，环境箱闭合后形成中空结构，竖直和水平方向均设有通孔，用于竖直夹具和水平夹具穿入后，在中空结构中夹持待检测金属材料。
进一步的，所述温控系统，包括：设置在固定台上不同位置的温度传感器，所述温度传感器与温控箱电性连接，温控箱根据温度传感器与数据分析系统的数据，控制加热系统进行加热。
进一步的，所述控制加热系统，包括：计算机及数据处理软件，对所述装置中的数据进行处理。
有益效果：
本发明为上下部分结构，彼此独立，可以实现分别对两部分施加拉伸与剪切载荷，相较于现有夹具，本发明可以实现分别对待测试样两部分施加拉伸与剪切载荷，能够进行双轴拉/压-剪切疲劳或疲劳-蠕变试验，结构简单，稳定可靠，使用方便。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。
图1为本发明中实施例的总体结构示意图。
图2为本发明实施例中的环境箱与滑道结构示意图。
图3为本发明实施例中的上、下夹具的结构示意图。
图4为本发明实施例中的左/右对中夹具的结构示意图。
图5为本发明实施例中的左/右对中夹具的夹块的结构示意图。
具体实施方式
为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，给出本发明的具体实施例，并予以进一步详细的说明。
如图1所示，本发明提供一种在高温下检测金属材料疲劳蠕变性能的装置，包括疲劳蠕变加载系统1、加热系统2、温控系统3和数据分析控制系统4，疲劳蠕变加载系统1为待测试样提供高温实验环境，并对待测试样进行蠕变疲劳试验；加热系统2通过管道5与疲劳蠕变加载系统1上的环境箱6相连，温控系统3通过系统控制加热系统2对环境箱6内部进行电加热，为待测试样提供高温试验环境；温控系统3分别与疲劳蠕变加载系统1、加热系统2电连接，接受温度信号并进行反馈；数据分析控制系统4与疲劳蠕变加载系统1、加热系统2、温控系统3电连接，以控制它们的运作。
加热系统2为加热炉7，其通过电加热管5与疲劳蠕变加载系统1中的环境箱6连接，温控系统3通过其对待测试样提供高温环境。
温控系统3包括温控箱8，其上附有温度显示屏和启动终止按钮，其与加热炉7、疲劳蠕变加载系统1电连接，且接收数据分析控制系统4的信号并接受接触式温度传感器反馈的信号，并反馈给数据分析控制系统4。
数据分析控制系统4可以为计算机9，其上安装有数据分析软件，以对接收到的各种数据(包括蠕变疲劳数据和环境箱的温度等)进行设定和分析。
疲劳蠕变加载系统1包括具有两条固定边框的固定台10、其固定台上设有具有滑道的环境箱6(如图2所示)，环境箱6内设有电加热丝，加热系统2通过管道5对环境箱内的加热丝进行加热从而对待测试样进行加热，并通过固定台上的接触式温度传感器11进行温度监测；如图3所示，固定台10上固定有竖直设置的作动器12，其包括作动轴13，该作动轴13自固定台1底座出发可沿竖直方向伸缩与连接杆14下端相连，所述连接杆14上端沿竖直方向与下夹头15固定连接；所述下夹头15和上夹头16相互对中，且两夹具即下夹头15和上夹头16设置在环境箱6内部。环境箱6为中空腔体，环境箱6内设有电加热丝，加热系统2通过管道5对电加热丝进行加热从而对待测试样进行加热。待测试材料位于该高温环境内，其两端分别与上夹头16和下夹头15固定连接。在作动器12的作用下，作动轴13伸出或缩回，所述上夹具17与下夹具18对称设置，且上夹具17与固定台10的横梁固定连接，左/右对中夹具19用于夹持待测试样的左右两端，左/右对中夹具19分别安装在固定台10的左支承柱22和右支承柱20两侧，上夹具17、下夹具18和左/右对中夹具19通过双轴试验机能够实现对待测试样单独进行拉压和剪切加载。从而对待测试样施加拉伸或压缩载荷，即疲劳载荷，从而实现加载。
如图4所示，所述左/右对中夹具19对称设置，且左夹具22与左支承柱21固定连接，且右夹具23包括作动器24、作动轴25、右夹头26和夹块27，夹块27放置于右夹头26内部；右夹头26与作动轴25连接，作动器24用于为右夹具23提供水平剪切力，所述作动器24通过待测试样施加力使左夹头28、右夹头26中的夹块27慢慢夹紧，从而对待测试样进行夹持，所述作动器24与作动器24水平连接，所述作动器24固定在竖直放置的左右支承柱20上。
如图5所示，所述夹块27分为平板样夹块29和圆棒样夹块30，分别用于对板状试样和圆棒试样进行夹持固定。
本发明提供了一种在高温下检测金属材料疲劳蠕变性能的装置的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。
Claims (10)
1.一种在高温下检测金属材料疲劳蠕变性能的装置，其特征在于，包括：疲劳蠕变加载系统(1)、加热系统(2)、温控系统(3)和数据分析系统(4)；其中，所述疲劳蠕变加载系统(1)用于对待检测金属材料进行竖直方向和水平方向上的拉压和剪切；所述加热系统(2)设置在疲劳蠕变加载系统(1)上，用于对待检测金属材料进行加热；所述温控系统(3)与加热系统(2)电性连接，用于控制加热系统(2)进行加热；所述数据分析系统(4)与疲劳蠕变加载系统(1)、加热系统(2)和温控系统(3)电性连接，用于对各系统数据进行分析。
2.根据权利要求1所述的一种在高温下检测金属材料疲劳蠕变性能的装置，其特征在于，所述疲劳蠕变加载系统(1)，包括：固定台(10)，用于固定竖直夹具和水平夹具；所述固定台包括：底座(30)，底座上部两侧固设有左支承柱(22)和右支承柱(20)，左支承柱(22)和右支承柱(20)上端固设有横梁(31)；所述竖直夹具设置在横梁和底座之间，所述水平夹具设置在左支承柱(22)和右支承柱(20)之间。
3.根据权利要求2所述的一种在高温下检测金属材料疲劳蠕变性能的装置，其特征在于，所述竖直夹具，包括：竖直动作器(12)，竖直动作器(12)的运动端即竖直动作轴(13)与第一竖直连接杆(14)的一端连接，第一竖直连接杆(14)的另一端设有下夹头(15)；
所述竖直夹具，还包括：上夹头(16)，用于和下夹头(15)配合，在竖直方向上拉压和剪切所述待检测金属材料；上夹头(16)上设有第二竖直连接杆(32)；
所述竖直动作器(12)的固定端固设在底座(30)上；第二竖直连接杆(32)与横梁(31)固定连接。
4.根据权利要求2所述的一种在高温下检测金属材料疲劳蠕变性能的装置，其特征在于，所述水平夹具，包括：水平动作器(24)，水平动作器的运动端即水平动作轴(25)上设有右夹头(26)；
所述水平夹具，还包括：左夹头(28)，用于和右夹头(26)配合，在水平方向上拉压和剪切所述待检测金属材料；左夹头(28)上设有水平连接杆(29)；
所述水平动作器(24)的固定端固设在右支承柱(20)上；水平连接杆(29)与左支承柱(22)固定连接。
5.根据权利要求4所述的一种在高温下检测金属材料疲劳蠕变性能的装置，其特征在于，所述左夹头(28)或右夹头(26)上设有夹块(27)，或上述两个夹头上均设有夹块(27)，夹块设置在上述夹头的夹持部中，用于适配待检测金属材料的形状。
6.根据权利要求5所述的一种在高温下检测金属材料疲劳蠕变性能的装置，其特征在于，所述夹块(27)为平板样夹块(29)或圆棒样夹块(30)，分别用于对板状试样或圆棒试样进行夹持固定。
7.根据权利要求2所述的一种在高温下检测金属材料疲劳蠕变性能的装置，其特征在于，所述加热系统(2)，包括：滑动设置在固定台(10)上，用于加热待检测金属材料的环境箱(6)，环境箱(6)通过管道(5)与加热炉(7)连接，加热炉(7)通过管道(5)对环境箱(6)内的待检测金属材料进行加热。
8.根据权利要求7所述的一种在高温下检测金属材料疲劳蠕变性能的装置，其特征在于，所述固定台(10)的左支承柱(22)和右支承柱(20)之间，固设有导轨(33)，所述环境箱(6)为对称结构，沿所述导轨(33)滑动，从而分开或闭合，环境箱(6)闭合后形成中空结构，竖直和水平方向均设有通孔，用于竖直夹具和水平夹具穿入后，在中空结构中夹持待检测金属材料。
9.根据权利要求2所述的一种在高温下检测金属材料疲劳蠕变性能的装置，其特征在于，所述温控系统(3)，包括：设置在固定台(10)上不同位置的温度传感器(11)，所述温度传感器(11)与温控箱(8)电性连接，温控箱(8)根据温度传感器(11)与数据分析系统(4)的数据，控制加热系统(2)进行加热。
10.根据权利要求2所述的一种在高温下检测金属材料疲劳蠕变性能的装置，其特征在于，所述控制加热系统(2)，包括：计算机及数据处理软件，对所述装置中的数据进行处理。
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