专利名称：一种热疲劳试验方法
技术领域：
本发明涉及材料试验技术，尤其是材料疲劳试验技术。
背景技术：
热疲劳是指温度变化引起的材料自由膨胀或收缩受到约束，其结果是在材料内部因变形受限制产生热应力，当温度反复变化时，这种热应力也反复变化，因而使材料受到损伤。高温合金主要用于制造航空涡轮发动机热端部件和航天火箭发动机各种高温部件，是现代航空、航天发动机必不可少的关键部件。在航空、航天发动机中，高温合金在600～1200℃高温和复杂应力作用下长期工作，条件比较恶劣。尤其当燃烧室内燃烧不均匀，工作不良时，作为导向叶片的合金受热负荷更大，在这种情况下，易产生疲劳裂纹。因此热疲劳为涡轮发动机导向叶片提前破坏的主要原因。燃气发动机的叶片和轮盘也常发生热疲劳裂纹，并且也大大限制了它们的使用寿命。叶片的裂纹多产生在进排气边，呈多条细小的裂纹。轮盘由于轮毂和轮缘沿径向产生很大的温差，因此在轮缘外引起周向热应力，导致轮盘槽底裂纹。从以上各零件产生热疲劳裂纹的过程可知，热疲劳是高温合金零部件在高温时常见的一种破坏形式，特别是那些受冲击较大的零部件，如导向叶片等。许多高温工作的零件，往往不是受力过大而损坏，而是由于不断受冷受热而损坏。如火焰筒、汽缸、发动机的进排气管道，以及锻模、轧辊等，在交变温度的作用下也经常会产生热疲劳裂纹，以及发生破坏。因此，对温度起伏变化条件下工作的零件，必须考虑材料的热疲劳性能指标。虽然热疲劳现象受到普遍关注，国内外对热疲劳试验方法作了不少研究，已制定了一些试验规范，但到目前为止还没有国际上公认的标准试验方法。在我国，也没有热疲劳试验的国家标准。因此，对热疲劳的研究也有很多方法，但都没得到一致认可。现在比较常用的方法是定性比较法。以主裂纹发展到某一长度的循环次数或某规定循环次数下产生的裂纹长度作为材料热疲劳抗力的标准。在国外，比较常用的设备是流态化床装置。但在国内，对热疲劳研究得比较少。试验方法和设备也不一样，有的在炉中加热后取出直接放在水中冷却，这种方法人为因素较多，难以保证试验的准确性。有的采用热疲劳试验机，用触点开关控制来完成电机的停止，一般情况下，电机在触点触发后由于惯性还需要运转一点时间，而使试样在加热系统和冷却系统中的位置出现偏差，当这些偏差累积时会出现很大的偏差，且触点在接触次数多了以后，其灵敏度也会降低，滞后现象比较严重，从而使定位偏差增大。这就对试验结果有较大的影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种完全自动化的、运行灵活、定位准确可靠的热疲劳试验方法。
本发明提供一种热疲劳试验方法，试样由传动系统传动和定位于加热系统和冷却系统中，传动系统的启动和停止由控制系统控制，其特征在于；所述的控制系统由传动系统正向传动时间继电器KT1、电磁继电器KE1、加热时间继电器KT2、传动系统反向传动时间继电器KT3、电磁继电器KE2、冷却时间继电器KT4、电磁铁时间控制继电器KT5、电磁铁时间控制继电器KT6和循环计数器XK1组成，其工作步骤如下正向传动时间继电器KT1和电磁继电器KE1接通后，电磁继电器KE1的接点使传动系统启动，将试样送入加热系统，正向传动时间继电器KT1达到规定时间后，其接点断开电磁继电器KE1，并接通加热时间继电器KT2和电磁铁时间控制继电器KT5。电磁铁时间控制继电器KT5使电磁铁EM1通电，关闭加热系统的滑动门。
加热系统在加热时间继电器KT2的控制下对试样加热，在达到规定加热时间后，加热时间继电器KT2的接点，接通反向传动时间继电器KT3和电磁铁时间控制继电器KT6，电磁铁时间控制继电器KT6使电磁铁EM2通电，打开加热系统的滑动门，而时间继电器KT3接通电磁继电器KE2；电磁继电器KE2的接点使传动系统启动，将试样送入冷却系统，反向传动时间继电器KT3达到规定时间后，其接点接通冷却时间继电器KT4，并断开电磁继电器KE2；冷却时间继电器KT4控制冷却时间，在达到规定冷却时间后，冷却时间继电器KT4使循环计数器XK1计数一次，并触发正向传动时间继电器KT1执行下一循环；当循环计数器XK1达到所规定的次数后，循环计数器XK1的接点断开控制系统主回路，整个试验结束。
用时间继电器来控制电机的上升和下降，时间继电器最小时间单位为毫秒，这又增加了控位的准确性。
本发明提供的热疲劳试验方法中，传动系统是升降式的，可以是由电机M、减速箱和轮盘组成，电机通过减速箱带动轮盘转动，使试样升降，这样便于操作。
本发明提供的热疲劳试验方法中，电机M可以备有制动器，制动器使电机断电时不因外力而自行转动，以免试样在加热过程中移出加热系统进入冷却系统或反之，破坏试验规范。
本发明提供的热疲劳试验方法中，电机M可以备有平衡装置，平衡装置保证电机断电时不自行转动，以免试样在加热过程中移出加热系统进入冷却系统或反之，破坏试验规范。
本发明提供的热疲劳试验方法中，加热系统可以由加热炉、滑动门和温度控制器组成，由温度控制器控制炉温，以增加试验结果的准确性和可靠性。
本发明提供的热疲劳试验方法中，冷却系统可以由水槽和温度计组成，水温一般控制在20±10℃；试样在水槽中来回运动，可以增加水槽中水的热交换。
本发明提供的热疲劳试验方法的优点在于完全自动化、运行灵活、定位准确可靠，以得到规范化的试验结果。
图1是控制系统电路图。
具体实施例方式实施例1试样由传动系统传动和定位于加热系统和冷却系统中，传动系统的启动和停止由控制系统控制。
控制系统的电路图如图1所示。
传动系统是由带制动器的电机M、减速箱和轮盘组成，电机M的电源电路中设有电源开关K1和熔断器F1，电机M通过减速箱带动轮盘转动，使试样升降。
加热系统由加热炉、滑动门和热电偶组成，由热电偶控制炉温。
冷却系统由水槽和温度计组成，水温一般控制在20±10℃。
工作步骤如下闭合电源开关K1；正向传动时间继电器KT1和电磁继电器KE1接通后，电磁继电器KE1的接点使传动系统启动，将试样送入加热系统，正向传动时间继电器KT1达到规定时间后，其接点断开电磁继电器KE1，并接通加热时间继电器KT2和电磁铁时间控制继电器KT5。电磁铁时间控制继电器KT5使电磁铁EM1通电，关闭加热系统的滑动门。
加热系统在加热时间继电器KT2的控制下对试样加热，在达到规定加热时间后，加热时间继电器KT2的接点，接通反向传动时间继电器KT3和电磁铁时间控制继电器KT6，电磁铁时间控制继电器KT6使电磁铁EM2通电，打开加热系统的滑动门，而时间继电器KT3接通电磁继电器KE2；电磁继电器KE2的接点使传动系统启动，将试样送入冷却系统，反向传动时间继电器KT3达到规定时间后，其接点接通冷却时间继电器KT4，并断开电磁继电器KE2；冷却时间继电器KT4控制冷却时间，在达到规定冷却时间后，冷却时间继电器KT4使循环计数器XK1计数一次，并触发正向传动时间继电器KT1执行下一循环；
当循环计数器XK1达到所规定的次数后，循环计数器XK1的接点断开控制系统主回路，整个试验结束。
应急时可用手动开关K2断开控制系统和电机M。
电磁铁EM1和EM2的电源电路中有电源开关K3和熔断器F2。
手动开关K4和K5用于试验开始前调节试样的位置。
L1和L2是电源线路。
权利要求
1.一种热疲劳试验方法，试样由传动系统传动和定位于加热系统和冷却系统中，传动系统的启动和停止由控制系统控制，其特征在于；所述的控制系统由传动系统正向传动时间继电器KT1、电磁继电器KE1、加热时间继电器KT2、传动系统反向传动时间继电器KT3、电磁继电器KE2、冷却时间继电器KT4、电磁铁时间控制继电器KT5、电磁铁时间控制继电器KT6和循环计数器XK1组成，其工作步骤如下正向传动时间继电器KT1和电磁继电器KE1接通后，电磁继电器KE1的接点使传动系统启动，将试样送入加热系统，正向传动时间继电器KT1达到规定时间后，其接点断开电磁继电器KE1，并接通加热时间继电器KT2和电磁铁时间控制继电器KT5。电磁铁时间控制继电器KT5使电磁铁EM1通电，关闭加热系统的滑动门。加热系统在加热时间继电器KT2的控制下对试样加热，在达到规定加热时间后，加热时间继电器KT2的接点，接通反向传动时间继电器KT3和电磁铁时间控制继电器KT6，电磁铁时间控制继电器KT6使电磁铁EM2通电，打开加热系统的滑动门，而时间继电器KT3接通电磁继电器KE2；电磁继电器KE2的接点使传动系统启动，将试样送入冷却系统，反向传动时间继电器KT3达到规定时间后，其接点接通冷却时间继电器KT4，并断开电磁继电器KE2；冷却时间继电器KT4控制冷却时间，在达到规定冷却时间后，冷却时间继电器KT4使循环计数器XK1计数一次，并触发正向传动时间继电器KT1执行下一循环；当循环计数器XK1达到所规定的次数后，循环计数器XK1的接点断开控制系统主回路，整个试验结束。
2.按照权利要求1所述的热疲劳试验方法，其特征在于所述的传动系统是升降式的，是由电机M、减速箱和轮盘组成，电机M通过减速箱带动轮盘转动，使试样升降。
3.按照权利要求2所述的热疲劳试验方法，其特征在于所述的电机M备有制动器，制动器使电机断电时不因外力而自行转动。
4.按照权利要求2所述的热疲劳试验方法，其特征在于所述的电机M备有平衡装置，平衡装置使电机断电时不自行转动。
5.按照权利要求1所述的热疲劳试验方法，其特征在于所述的加热系统由加热炉和温度控制器组成，由温度控制器控制炉温。
6.按照权利要求1所述的热疲劳试验方法，其特征在于所述的由水槽和温度计组成，水温一般控制在20±10℃。
全文摘要
本发明提供一种热疲劳试验方法，传动系统将试样置于加热系统或冷却系统中，传动系统由控制系统控制，控制系统由时间继电器KT1、KT2、KT3、KT4、电磁继电器KE1、KE2和循环计数器XK1组成，工作步骤如下通电后，继电器KE1启动传动系统，试样进入加热系统，继电器KT1的接点闭合继电器KT2；达到规定加热时间后，继电器KT2的接点接通继电器KT3；此时继电器KE1已断开，继电器KE2的接点启动传动系统，试样进入冷却系统，继电器KT3的接点闭合继电器KT4；达到规定冷却时间后，继电器KT4使计数器XK1计数一次，并触发继电器KT1执行下一循环；达到规定的次数后，试验结束。该方法的优点在于完全自动化、运行灵活、定位准确可靠。
文档编号G01N25/00GK1796969SQ200410100450
公开日2006年7月5日 申请日期2004年12月23日 优先权日2004年12月23日
发明者孙晓峰, 于金江, 夏鹏成, 侯贵臣, 刘源, 管恒荣, 胡壮麒 申请人:中国科学院金属研究所