CN204988879U - 适用于应力敏感环境的单试样恒载荷拉伸试验装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种适用于应力敏感环境的单试样恒载荷拉伸试验装置，包括装置本体(3)，装置本体(3)内含有用于棒状拉伸试样(1)穿过的第一通孔(31)，第一通孔(31)由上向下贯穿装置本体(3)，本体(3)内还设有能够连通装置本体(3)的表面和第一通孔(31)的第二通孔(32)。该适用于应力敏感环境的单试样恒载荷拉伸试验装置能够被用于模拟金属材料在应力敏感环境中受恒载荷，从而通过衡量其断裂载荷、断裂后的延伸率、断面收缩率、未断裂试样表面裂纹的多少及长度等指标，评价材料抗环境劣化的能力。该单试样恒载荷拉伸试验装置尤其适合在与外界环境隔绝的系统(如高压氢环境)中开展试验测试。
Description
技术领域
本实用新型涉及材料力学性能测试与表征技术领域，具体的是一种适用于应力敏感环境的单试样恒载荷拉伸试验装置。
背景技术
在工程中，材料的拉伸力学性能指标在工程设计、检验检测以及维修养护等方面具有非常重要的参考价值。获取材料拉伸力学性能的一般试验方法即可在材料万能试验机上实现的常规拉伸试验。但在一些特殊环境，如高压氢气、强腐蚀环境，以及一些封闭性环境中，无法采用材料试验机实现上述环境中的力学性能测试。在上述严苛的环境中，材料在应力作用下会对环境的作用(如氢脆、腐蚀等)更加敏感，交互式的作用会加速材料的劣化。由此，能够使材料在载荷作用下加速劣化的环境即可称为应力敏感环境。为了测试材料在这种应力敏感环境下的力学性能指标，本专利参考GB/T228.1-2010金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法、GB/T4157-2006金属在硫化氢环境中抗特殊形式环境开裂实验室试验、GB/T15970.4-2000金属和合金的腐蚀应力腐蚀试验第4部分：单轴加载拉伸试样的制备和应用、GB/T15970.5-1998金属和合金的腐蚀应力腐蚀试验第5部分：C型环试样的制备和应用等试验标准，研发得到本试验装置及测试方法，可评价在应力敏感环境中，金属材料受到单轴拉伸加载产生小变形时，其抗环境攻击的能力。以下将以测试高压氢环境下材料拉伸力学性能指标为例进行介绍。
氢能源属于新兴能源，在我国尚处于起步阶段，有许多基础设施、安全检测、评价方法亟待发展。在材料氢脆敏感性的评价中，国外比较常见的是材料与盛装气体(氢气)之间的相容性评价标准，用于选择抗氢脆金属材料的试验方法(标准代码ISO11114-4)。该标准中包括圆片试验(A方法)、断裂韧性测试(B方法)及确定钢瓶抗氢致开裂能力的试验方法(C方法)。而我国尚无相关的标准发行。在相关的气瓶生产厂家，已有按照ISO11114-4标准中C方法进行评价的试验方法在进行，以检测气瓶用钢对材料的抗氢致开裂能力。但在气瓶的设计中，材料的抗拉强度、屈服强度以及在氢环境下的力学性能指标是非常重要的，我国目前尚无相关的试验方法。由于氢气易漏、易燃、易爆的特性，故一般试验方法无法检测材料在高压氢环境下的拉伸力学性能指标。本专利中所设计的试验装置与试验方法将会为该类问题提供解决思路，需要注意的是，本试验装置及试验方法适用于小变形材料。
实用新型内容
为了测试材料在应力敏感环境中的拉伸力学性能，本实用新型提供了一种适用于应力敏感环境的单试样恒载荷拉伸试验装置，该适用于应力敏感环境的单试样恒载荷拉伸试验装置能够被用于模拟金属材料在应力敏感环境中受恒载荷，从而通过衡量其断裂载荷、断裂后的延伸率、断面收缩率、未断裂试样表面裂纹的多少及长度等指标，评价材料抗环境劣化的能力。该适用于应力敏感环境的单试样恒载荷拉伸试验装置尤其适合在与外界环境隔绝的系统(如高压氢环境)中开展试验测试。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种适用于应力敏感环境的单试样恒载荷拉伸试验装置，包括装置本体，装置本体内含有用于棒状拉伸试样穿过的第一通孔，第一通孔由上向下贯穿装置本体，本体内还设有能够连通装置本体的表面和第一通孔的第二通孔。
装置本体为立方体结构或圆柱体结构。
装置本体的长为50mm～60mm，装置本体的宽为25mm～35mm，装置本体的高为45mm～55mm。
装置本体的长为55mm，装置本体的宽为30mm，装置本体的高为50mm。
装置本体由上下对称分体式设置的上构件和下构件组成，第一通孔由上向下贯穿上构件和下构件。
第二通孔位于上构件和下构件的连接处，第一通孔的轴线和第二通孔的轴线相交，第二通孔的上半部分位于上构件，第二通孔的下半部分位于下构件。
第二通孔沿水平方向贯穿装置本体，第二通孔为六棱柱形。
第一通孔位于装置本体的中央。
第一通孔的直径为。
第二通孔的直径为。
本实用新型的有益效果是，该适用于应力敏感环境的单试样恒载荷拉伸试验装置通过衡量金属试样的断裂载荷、断裂后的延伸率、断面收缩率、未断裂试样表面裂纹的多少及长度等指标，评价材料抗环境劣化的能力。本装置及试验方法尤其适合在与外界环境隔绝的系统(如高压氢环境)中开展试验测试。
该单试样恒载荷拉伸试验装置通过旋紧螺母实现对拉伸试样的恒载荷加载，将试样放置在稳定的环境中一定时间后，将其取出观察断裂情况，并测定相关的力学性能指标。依靠试样上的应变片可以实现对试样的精确加载，同时弹簧能够保证试样承受恒定的载荷。根据试验完成后测得的断裂载荷等指标，评定材料抗环境攻击的能力，为工程用钢的选材及设计积累数据基础。
附图说明
下面结合附图对本实用新型作进一步详细的描述。
图1为适用于应力敏感环境的单试样恒载荷拉伸试验装置在使用时的主视图。
图2为适用于应力敏感环境的单试样恒载荷拉伸试验装置的俯视图。
其中1.棒状拉伸试样，2.旋紧螺母，3.装置本体，4.应变片，5.高压釜；
31.第一通孔，32.第二通孔，33.上构件，34.下构件。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
一种应力敏感环境下试样的恒载荷拉伸试验方法，包括以下步骤：
步骤一、拉伸试样的选择。由于试验一般会在封闭环境中进行，受试验空间的限制，选用直径d＝5mm的棒状拉伸试样1。试样两端加工螺纹(螺纹为M12，保证恰好通过装置中d＝12mm的第一通孔31)，一端用于连接该适用于应力敏感环境的单试样恒载荷拉伸试验装置，另一端通过旋紧螺母2实现对棒状拉伸试样1的加载。
步骤二、拉伸试样加载力与应变数据的采集。在装夹试样前需在拉伸试验机上对试样的加载载荷及其应变的变化进行采集与记录。首先需要对棒状拉伸试样1进行拉伸试验，确定材料的抗拉强度Rm及屈服强度Rp0.2；之后对棒状拉伸试样1进行力-应变的标定，在棒状拉伸试样1的平行段中间部分贴应变片4，装夹在拉伸试样机上进行载荷施加，施加的载荷要根据试验时的应力水平确定，试验时的应力水平为Rp0.2的百分数，例如0.7Rp0.2、0.9Rp0.2等。试验时应选择不同的应力水平分别进行，具体可根据试验情况确定。拉伸试验的执行与标定可参照GB/T228.1-2010标准。
步骤三、试样预应力的施加。将棒状拉伸试样1一端通过一个旋紧螺母2连接在该适用于应力敏感环境的单试样恒载荷拉伸试验装置的一端，棒状拉伸试样1的另一端通过另一个旋紧螺母2进行预紧，如1所示，在预紧的同时纪录应变片的数据变化，通过数据的变化确定螺母的预紧力，以确定棒状拉伸试样1所承受的预应力。在预紧过程中，根据试验需要，可以选择在预紧端采用弹簧或不采用弹簧，其中弹簧的采用是为了确保载荷的恒定，但需要在试验之前对其进行标定。此外，在应力敏感环境中取出试样时，对未发生破断的棒状拉伸试样1，可以采集其应变数据，对比放入环境前、后的拉伸载荷变化。
步骤四、应力敏感环境的施加。常见的应力敏感环境如高压氢气、强腐蚀环境等，一般属于与外界环境隔绝的封闭环境。在试样预应力施加完毕之后，将安装有棒状拉伸试样1的该适用于应力敏感环境的单试样恒载荷拉伸试验装置整体放入应力敏感环境中，如图1所示，试验的时间可以根据环境的严苛程度进行选定，如24h、96h、720h、1000h等。以高压氢环境中的恒载荷拉伸试验为例，恒载荷拉伸实验装置、高压储氢釜需要在实验前利用酒精进行清理，然后对高压釜5进行密封，密封完毕后利用氮气对高压釜5进行清扫置换，氮气置换后系统含氧量不超过3％。随后对高压釜5抽真空，真空度以不大于3Pa为合格。抽真空后开始向高压釜内充氢气(氢气纯度不低于99.999％)，如无泄压现象出现，即可对高压釜进行加热。待系统温度、压力稳定后开始计时，在高压氢环境中的试验时间为1000h。
步骤五、试验完毕后的力学性能测试及评价。评定开裂敏感性最常用的参数是达到完全破断所持续的时间，本试验推荐将棒状拉伸试样1处于不同的初始应力下进行，以确定其临界应力，即低于该应力，棒状拉伸试样1不会出现完全破断。对完全破断的试样，可以通过其破断时的应力、试件的延伸率、断面收缩率等，评价材料力学性能指标的变化。若试验完成后没有出现完全破断，则对试样进行裂纹检查，试样每单位长度上的裂纹数，可用于比较开裂敏感性尤其是氢致裂纹萌生的敏感性。如果使用这种方法，应确定测定裂纹数目的方法，例如金相检验试样截面能够发现肉眼看不见的小裂纹。注意，除了待评价的试验材料，应当选取一种典型的应力环境敏感材料作为对比，通过对比性试验完成材料抗环境攻击能力的评价。
下面详细介绍本实用新型中的一种适用于应力敏感环境的单试样恒载荷拉伸试验装置，所述适用于应力敏感环境的单试样恒载荷拉伸试验装置包括装置本体3，装置本体3内含有用于棒状拉伸试样1穿过的第一通孔31，第一通孔31由上向下贯穿装置本体3，本体3内还设有能够连通装置本体3的表面和第一通孔31的第二通孔32，如图1和图2所示。
如图2所示，装置本体3可以为立方体结构或圆柱体结构。在本实施例中，装置本体3可以为立方体结构，装置本体3的长为50mm～60mm，装置本体3的宽为25mm～35mm，装置本体3的高为45mm～55mm。优选装置本体3的长为55mm，装置本体3的宽为30mm，装置本体3的高为50mm。
在本实施例中，装置本体3由上下对称分体式设置的上构件33和下构件34组成，即上构件33和下构件34能够分离，第一通孔31由上向下贯穿上构件33和下构件34，第一通孔31的轴线沿竖直方向设置，如图1所示。
在本实施例中，第二通孔32位于上构件33和下构件34的连接处，第二通孔32沿水平方向贯穿装置本体3，第一通孔31的轴线和第二通孔32的轴线相交，第二通孔32的上半部分位于上构件33，第二通孔32的下半部分位于下构件34。第二通孔32的上半部在图1中的形状为等腰梯形，第二通孔32的下半部分在图1中的形状也为等腰梯形，上述两个等腰梯形组合后使第二通孔32成为六棱柱形。
在本实施例中，第一通孔31位于装置本体3的中央，第一通孔31的直径为，第二通孔32的直径为。
以上所述，仅为本实用新型的具体实施例，不能以其限定实用新型实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本实用新型专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本实用新型中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案之间、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。
Claims (10)
1.一种适用于应力敏感环境的单试样恒载荷拉伸试验装置，其特征在于，所述适用于应力敏感环境的单试样恒载荷拉伸试验装置包括装置本体(3)，装置本体(3)内含有用于棒状拉伸试样(1)穿过的第一通孔(31)，第一通孔(31)由上向下贯穿装置本体(3)，本体(3)内还设有能够连通装置本体(3)的表面和第一通孔(31)的第二通孔(32)。
2.根据权利要求1所述的适用于应力敏感环境的单试样恒载荷拉伸试验装置，其特征在于，装置本体(3)为立方体结构或圆柱体结构。
3.根据权利要求1所述的适用于应力敏感环境的单试样恒载荷拉伸试验装置，其特征在于，装置本体(3)的长为50mm～60mm，装置本体(3)的宽为25mm～35mm，装置本体(3)的高为45mm～55mm。
4.根据权利要求3所述的适用于应力敏感环境的单试样恒载荷拉伸试验装置，其特征在于，装置本体(3)的长为55mm，装置本体(3)的宽为30mm，装置本体(3)的高为50mm。
5.根据权利要求1所述的适用于应力敏感环境的单试样恒载荷拉伸试验装置，其特征在于，装置本体(3)由上下对称分体式设置的上构件(33)和下构件(34)组成，第一通孔(31)由上向下贯穿上构件(33)和下构件(34)。
6.根据权利要求5所述的适用于应力敏感环境的单试样恒载荷拉伸试验装置，其特征在于，第二通孔(32)位于上构件(33)和下构件(34)的连接处，第一通孔(31)的轴线和第二通孔(32)的轴线相交，第二通孔(32)的上半部分位于上构件(33)，第二通孔(32)的下半部分位于下构件(34)。
7.根据权利要求1所述的适用于应力敏感环境的单试样恒载荷拉伸试验装置，其特征在于，第二通孔(32)沿水平方向贯穿装置本体(3)，第二通孔(32)为六棱柱形。
8.根据权利要求1所述的适用于应力敏感环境的单试样恒载荷拉伸试验装置，其特征在于，第一通孔(31)位于装置本体(3)的中央。
9.根据权利要求1所述的适用于应力敏感环境的单试样恒载荷拉伸试验装置，其特征在于，第一通孔(31)的直径为12mm。
10.根据权利要求1所述的适用于应力敏感环境的单试样恒载荷拉伸试验装置，其特征在于，第二通孔(32)的直径为12mm。
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