一种板状试样拉伸夹具及其使用方法与流程

本发明属于夹具领域，更具体地，涉及一种板状试样拉伸夹具及其使用方法。

背景技术：

高温合金是航空航天发动机热端部位使用的关键材料，在先进的航空发动机上，高温合金用量占发动机总量60％以上。此类合金材料的力学性能，包括常温/高温拉伸性能、疲劳性能等是衡量在高温工作条件下材料的重要的指标。

目前，金属材料测试性能常采用拉伸试验机，在进行高温测试时，采用螺纹连接结构，利用被测试的试样与拉伸试验机的拉杆进行螺纹连接。虽然此种试样在试验过程中与试验机拉杆的连接非常紧固，但依然存在许多不足之处。

专利文献CN102928288A公开了一种拉伸试验夹具，包括主夹板、副夹板和垫块，主夹板下部设置有面板螺栓孔，主夹板、副夹板、垫块通过固定螺栓连接；副夹板可以在固定螺栓上滑动；主夹板设有第一限位螺栓；垫块设置有第二限位螺栓。该夹具适用于表面光滑、且垂直夹具表面不宜施加较大自锁力、形状不规则的试件的拉伸试验夹具，解决形状不匹配，依靠增加自锁力提高摩擦而使试件端部破坏的问题。但是专利文献CN102928288A公开的拉伸试验夹具存在如下问题：

(1)在试样加工方面，由于采用螺纹连接，对于试样的加工精度要求较高，在被测试试样的强度较高时，如镍基高温合金，具有较高的强度和硬度，进行机加工时，需要优质的刀具才能进行加工，无疑增加了试样加工成本。其他硬度高(HRC＞50)的难加工材料，例如高强模具钢以及金属陶瓷等，采用机加工方法难以加工。与此同时，对于采用螺纹结构的夹具，无法对小尺寸的试样进行测试。

(2)结构方面，螺纹试样与夹具的螺纹在长时间、高温条件工作时，容易发生氧化和烧结现象，造成试样与夹具脱扣等一系列问题。若夹具螺纹时效或者连接情况不佳时，需要重新安装夹具与被测试试样，浪费时间和人力物力。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种板状试样拉伸夹具及其使用方法，其目的在于通过在夹具体的端部设有一个贯穿夹具的纵向凹槽，可以对各种高强度、高硬度及难加工的试样进行拉伸试验，有效克服了现有技术中螺纹连接对试样的加工精度要求高的问题。

为了实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供一种板状试样拉伸夹具，其特征在于，该夹具包括：夹具体，其一端设有销钉孔，并通过销钉与拉力试验机连接杆连接，用于保证测试拉力、夹具以及测试件的中轴线重合，所述夹具体的另一端设有一个贯穿夹具的纵向凹槽，所述凹槽的底部为样品槽，样品槽的宽度比试件的厚度稍大，用于保证试样可以放进所述夹具体中进行拉伸试验。

进一步地，所述凹槽的底部为圆弧形，所述圆弧的曲率半径与试样的圆弧曲率半径一致，用于保证所述试样在拉伸过程中与所述夹具体紧密贴合。

进一步地，所述凹槽在靠近夹具体端部部分为平行部分，所述平行部分与试样平行段的宽度一致，用于保证在试样装载过程中,夹具、试样、拉力处于平行状态。

进一步地，所述凹槽进行倒角处理，以避免应力集中。

进一步地，所述夹具体的材料为高强度镍基高温合金材料。

按照本发明的另一个方面，提供一种应用所述的一种板状试样拉伸夹具的拉伸试验方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

(1)将所述夹具体通过销钉与拉力试验机连接杆连接；

(2)将试样固定在所述夹具体中；

(3)待加热炉温度升高到预定温度并稳定后，对所述夹具体和试样进行预紧；

(4)设定拉伸参数，对所述试样进行拉伸试验。

进一步地，所述预定温度为25℃～1000℃。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

(1)本发明的拉伸夹具，通过在夹具体的端部设有一个贯穿夹具的纵向凹槽，可以对各种高强度、高硬度及难加工的试样进行拉伸试验，有效克服了现有技术中螺纹连接对试样的加工精度要求高的问题。

(2)本发明的拉伸夹具，夹具体一端设有销钉孔，并通过销钉与拉力试验机连接杆连接，用于保证测试拉力、夹具以及测试件的中轴线重合，装载方便，保证同心度，夹具与试样连接稳固。

(3)本发明的拉伸夹具，所述夹具体的材料为高强度镍基高温合金材料，可以实现实验温度范围从室温到1000℃，扩大了试验温度范围，并且有效解决了现有技术中螺纹连接，在高温条件下容易发生氧化和烧结的问题。

(4)本发明的拉伸夹具，对试样要求较低，试样加工方便，可采用低成本的线切割方式对样品进行加工，可在任意方向取样，可以测试小尺寸试样，降低试验成本，节省资源。

附图说明

图1为本发明实施例的一种板状试样拉伸夹具涉及的试验装置整体示意图图；

图2为本发明实施例的一种板状试样拉伸夹具示意图；

图3为本发明实施例的一种板状试样拉伸夹具涉及的试样示意图；

图4为本发明实施例的一种板状试样拉伸夹具涉及的拉伸曲线图；

图5为本发明实施例的一种板状试样拉伸夹具涉及的拉伸曲线图。

图1和图2中，1-拉力试验机上连接杆，2-销钉，3-上夹具体，4-测试样件，5-下夹具体，6-拉力试验机下连接杆，7-销钉孔，8-样品槽。

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。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

图1为本发明实施例的一种板状试样拉伸夹具涉及的试验装置整体示意图图；图2为本发明实施例的一种板状试样拉伸夹具示意图。如图1和图2所示，一种板状试样拉伸夹具，上部通过销钉2连接到拉力测试机上连杆1上，夹具上部与拉力测试机上连杆1以及销钉孔7与销钉2之间通过间隙配合进行连接，保证了测试样4在实验过程中始终保持轴向，并保证了测试拉力与夹具以及测试件的中轴线重合。

如图1所示，夹具下端存在一个贯穿夹具的纵向凹槽，凹槽圆弧部分曲率半径与片状拉伸试样圆弧过度曲率半径一致，保证样品在拉伸过程中两端受理均匀，下端平行部分与试样平行段宽度一致，保证在试样装载过程中夹具、试样、作用力处于平行状态。

凹槽上部为样品槽8，样品槽8的宽度比样品厚度稍大，既保证了试样4可以无阻碍的放进夹具中，又能有效保证其试样厚度方向轴线与拉力轴线平行。

如图1所示，下夹具体5的结构与上夹具体3的结构相同。

在进行拉伸时，先将上夹具体3与测试机上连杆1连接，待试样放进凹槽后，再将下夹具体5与测试机下连杆6连接，最后将试样4装进样品槽8中，调节测试机上下连杆的高度，使试样保持垂直状态。

实施例1

本发明的实施例一种拉伸试验方法，应用所述的一种板状试样拉伸夹具完成，本实施例中，应用本发明的夹具对镍基高温合金进行拉伸试验，该方法包括如下步骤：

(1)利用线切割方法加工出图3所示的片状试样4；

(2)对片状试样4的表面和侧面用砂纸进行打磨，以提高试样表面平面度；

(3)用丙酮溶液对试样4的表面进行清洗，以去除表面油污及杂质；

(4)将拉伸夹具3，5固定到拉伸试验机两端连杆1，6上；

(5)将试样4固定转入夹具中，待加热炉温度升高到650℃并稳定后，对夹具和试样进行预紧；

(6)设定好拉伸参数，对试样进行拉伸试验；

(7)进行数据处理,获得拉伸曲线，如图4所示。

实施例2

本发明的实施例一种拉伸试验方法，应用所述的一种板状试样拉伸夹具完成，本实施例中，应用本发明的夹具对镍基高温合金进行拉伸试验，该方法包括如下步骤：

(1)利用线切割方法加工出图3所示的片状试样4；

(2)利用砂纸对片状试样4的侧边圆弧处进行打磨加工，减少因加工引起的表面划伤，避免试样在拉伸过程中因应力集中而产生异常断裂；同时提高试样表面平行度；

(3)用丙酮溶液对试样4的表面进行清洗，以去除表面油污及杂质；

(4)将拉伸机上拉杆上升一段距离，将夹具通过销钉固定到拉伸机上下拉杆上。调节拉杆高度，使两个夹具彼此靠近，但不接触；

(5)将试样4固定转入夹具中，在室温25℃条件下，将拉杆高度上移，直至拉伸样下部分与下夹具弧面贴合；

(6)设定好拉伸参数，对试样进行拉伸试验；

(7)进行数据处理,获得拉伸曲线，如图5所示。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。