一种气氛保护的高温拉伸及持久试验夹具和使用方法与流程

[0001]
本发明属于金属材料高温试验研究领域，具体涉及一种气氛保护的高温拉伸及持久试验夹具及使用方法。


背景技术：

[0002]
金属高温拉伸性能是衡量材料力学性能的重要指标之一。而高温持久强度试验是测试材料某一温度下受恒定载荷作用时，在规定的持续时间内不引起断裂的最大应力的一种材料机械性能试验，高温持久强度是高温构件的设计和选材提供重要依据。常规的高温拉伸和高温持久试验通常在静态空气中进行，往往忽略环境气氛对试验结果的影响，然而已有研究表明环境气氛对材料高温力学性能往往有着重要的影响，例如某些易氧化的金属(如钼、钼合金)，若在高温空气中进行试验，其结果必将会有很大误差，特别是对于试验时间较长的高温持久性能影响更加显著。目前，国内的高温拉伸及持久试验机普遍只针对高温干空气环境，只有少数厂家开发了带有气氛箱的高温试验机，但其结构相对复杂，价格昂贵，无法广泛应用，且往往很难解决拉伸轴与气氛箱连接处摩擦力大的问题。一些专利也公开了一些气氛保护装置，但结构都相对复杂，难以广泛应用(如cn201520485323.4和cn 201911139447.4等)。


技术实现要素：

[0003]
本发明的目的是为了克服现有技术中的以上弊端，提供了一种气氛保护的高温拉伸及持久试验夹具及使用方法。
[0004]
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案来实现的：
[0005]
一种气氛保护的高温拉伸及持久试验夹具，包括上接头、金属密封桶、对开电炉、夹具a、夹具b、柔性金属波纹管和下接头；其中，金属密封桶一端与柔性金属波纹管焊接连接，另一端与上接头密封连接，柔性金属波纹管另一端与下接头密封连接，构成气体密封腔；夹具a和夹具b安装在试样上下两端，通过螺纹或销钉连接，夹具和试样置于金属密封桶内，通过调节上接头和下接头之间的轴向距离，使得夹具a和夹具b分别卡在上u形槽和下u形槽内，对开电炉置于金属密封桶外；试验前将所用气体通入密封腔内。
[0006]
本发明进一步的改进在于，根据试样高温拉伸及持久试验的最大伸长量，选择柔性金属波纹管，保证柔性波纹管最大伸长量大于试样最大伸长量，从而使得柔性波纹管对加载于试样上的试验力无影响。
[0007]
本发明进一步的改进在于，所述上接头包括上接头法兰、上u形槽、上连接螺纹、热电偶接头、密封圈ⅰ和单向阀；其中，所述上接头通过上连接螺纹与拉伸或持久试验机相连，上接头法兰上开设有排气孔、密封螺纹孔和密封圈槽ⅰ，上接头法兰与所述金属密封桶的法兰通过螺栓连接，热电偶接头设置在上接头法兰上，密封圈ⅰ安装在密封圈槽ⅰ内，保证密封，单向阀与排气孔连接。
[0008]
本发明进一步的改进在于，三根热电偶一端固定在试样标距段的上、中、下部，另
一端穿过所述热电偶接头与温控仪表相连，所述热电偶接头密封性良好。
[0009]
本发明进一步的改进在于，调节所述对开电炉的轴向位置，使其只加热金属密封桶区域，一方面保证试样标距段温度达到预设试验温度，另一方面使得柔性波纹管及上接头法兰密封圈处温度较低。
[0010]
本发明进一步的改进在于，所述下接头包括下接头法兰、下u形槽、下连接螺纹、密封圈ⅱ和针阀；其中所述下接头通过下连接螺纹与拉伸或持久试验机相连，下接头法兰上开设有进气孔、密封螺纹孔和密封圈槽ⅱ，下接头法兰与所述柔性金属波纹管的法兰通过螺栓连接，密封圈ⅱ安装在密封圈槽ⅱ内，保证密封，针阀与进气孔连接。
[0011]
一种气氛保护的高温拉伸及持久试验夹具的使用方法，该方法基于所述的一种气氛保护的高温拉伸及持久试验夹具，包括如下步骤：
[0012]
1)配合安装上接头、金属密封桶、对开电炉、夹具a、夹具b及试样、柔性金属波纹管和下接头；
[0013]
2)试验前打开入气孔之前的针阀，向密封腔内通入试验所用气体，待气体充满整个密封腔后关闭针阀；
[0014]
3)在试验过程中先升温，试样标距段温度达到预设试验温度后，开始高温拉伸或持久试验；试样在高温试验过程中伸长，柔性金属波纹管伸长相同的长度，保证整个密封腔内的密封性良好；与此同时，柔性波纹管最大伸长量大于试样最大伸长量，从而使得柔性波纹管对加载于试样上的试验力无影响。
[0015]
与现有技术相比，本发明至少具有如下有益的技术效果：
[0016]
1、本发明采用柔性波纹管、金属桶、上下接头构成密封腔，可以精确测试金属材料在不同气氛中(比如腐蚀性气体、惰性气体等)的高温拉伸或高温持久性能。
[0017]
2、本发明通过选择适当规格的柔性金属波纹管，保证柔性波纹管伸长量大于试样最大伸长量，使得柔性波纹管对加载于试样上的试验力无影响，克服了现有技术中拉伸轴处摩擦力大的问题。
[0018]
3、本发明设计巧妙，操作简单方便、价格低廉，可以安装于实验室常见的各种拉伸及持久试验机上，应用广泛。
附图说明
[0019]
图1为本发明总装配图。
[0020]
图2为上接头结构示意图。
[0021]
图3为下接头结构示意图。
[0022]
附图标记说明：1为上接头；2为金属密封桶；3为对开电炉；4为夹具a；5为试样；6为夹具b；7为柔性金属波纹管；8为下接头；9为热电偶；
[0023]
101为上接头法兰；102为上u形槽；103为上连接螺纹；104为排气孔；105为热电偶接头；106为密封螺纹孔；107为密封圈槽ⅰ；108为密封圈ⅰ；109单向阀；
[0024]
801为下接头法兰；802为下u形槽；803为下连接螺纹；804为进气孔；805为密封螺纹孔；806为密封圈槽ⅱ；807为密封圈ⅱ；807针阀。
具体实施方式
[0025]
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
[0026]
如图1至图3所示，本发明提供的一种气氛保护的高温拉伸及持久试验夹具，包括上接头1、金属密封桶2、对开电炉3、夹具a4、试样5、夹具b6、柔性金属波纹管7和下接头8。
[0027]
金属密封桶2一端与柔性金属波纹管7焊接连接，另一端与上接头1密封连接，柔性金属波纹管4另一端与下接头8密封连接，构成气体密封腔；夹具a4和夹具b6安装在试样5上下两端，通过螺纹或销钉连接，夹具和试样置于金属密封桶2内，通过调节上接头1和下接头8之间的轴向距离，使得夹具a和夹具b分别卡在上u形槽102和下u形槽802内，对开电炉3置于金属密封桶外；试验前将所用气体通入密封腔内。根据试样5高温拉伸或持久试验的最大伸长量，选择柔性金属波纹管7，保证柔性波纹管7最大伸长量大于试样最大伸长量，从而使得柔性波纹管7对加载于试样上的试验力无影响。
[0028]
其中所述上接头1包括上接头法兰101、上u形槽102、上连接螺纹103、热电偶接头105、密封圈ⅰ108和单向阀109；其中，所述上接头1通过上连接螺纹103与拉伸或持久试验机相连，上接头法兰101上开设有排气孔104、密封螺纹孔106和密封圈槽ⅰ107，上接头法兰101与所述金属密封桶2的法兰通过螺栓连接，热电偶接头105设置在上接头法兰101上，密封圈ⅰ108安装在密封圈槽ⅰ107内，保证密封，单向阀109与排气孔104连接。三根热电偶9一端固定在试样5标距段的上、中、下部，另一端穿过所述热电偶接头105与温控仪表相连，所述热电偶接头105密封性良好。调节所述对开电炉3的轴向位置，使其只加热金属密封桶2区域，一方面保证试样5标距段温度达到预设试验温度，另一方面使得柔性波纹管7及上接头法兰101密封圈处温度较低。
[0029]
所述下接头8包括下接头法兰801、下u形槽802、下连接螺纹803、密封圈ⅱ807和针阀808；其中所述下接头8通过下连接螺纹803与拉伸或持久试验机相连，下接头法兰801上开设有进气孔804、密封螺纹孔805和密封圈槽ⅱ806，下接头法兰801与所述柔性金属波纹管7的法兰通过螺栓连接，密封圈ⅱ807安装在密封圈槽ⅱ806内，保证密封，针阀808与进气孔804连接。
[0030]
本发明的具体安装步骤如下：
[0031]
首先，配合安装夹具及试样，将夹具a4和夹具b7分别安装在试样5上下两端，通过螺纹或销钉连接，使得夹具a4、夹具b7和试样成为一个整体。
[0032]
将上接头1通过螺纹与拉伸或持久试验机相连。
[0033]
将装有试样5的夹具a4卡在上u形槽102内，将三根热电偶9一端固定在试样标距段的上、中、下部，另一端穿过上接头上的热电偶接头与温控仪表相连。
[0034]
安装下端焊有柔性金属波纹管7的金属密封桶，调节好金属密封桶2上端与上接头法兰101的相对位置，加装密封圈，用螺栓固定，保证良好密封。
[0035]
将下接头8通过螺纹与拉伸或持久试验机相连。
[0036]
将柔性金属波纹管7压缩，通过试验机调节下接头8的位置，使得将装有试样5的夹具b6卡在下u形槽802内。
[0037]
松开柔性金属波纹管7，调节好柔性金属波纹管7下端与下接头法兰801的相对位置，加装密封圈，用螺栓固定，保证良好密封。
[0038]
调节对开电炉的位置，使其只加热金属密封桶2区域，一方面保证试样标距段温度
达到预设试验温度，另一方面使得柔性波纹管7及上接头法兰101的密封圈处温度较低。
[0039]
试验前打开入气孔之前的针阀807，向密封腔内通入试验所用气体(腐蚀性气体或惰性气体等)，待气体充满整个密封腔后关闭针阀807。试样在高温拉伸或持久试验过程中伸长，柔性金属波纹管伸长相同的长度，保证整个密封腔内的密封性良好。
[0040]
在试验过程中先升温，待试样标距段温度达到预设试验温度后，开始试验，试样在高温拉伸或持久试验过程中伸长，柔性金属波纹管伸长相同的长度，保证整个密封腔内的密封性良好。与此同时，柔性波纹管最大伸长量大于试样最大伸长量，从而使得柔性波纹管对加载于试样上的试验力几乎无影响。
[0041]
本发明设计巧妙，操作简单方便、价格低廉，可以安装于实验室常见的各种拉伸或持久试验机上，可以实现金属材料在各种特殊气氛(腐蚀性气体、惰性气体等)环境中的高温拉伸或持久试验。
[0042]
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。