一种利用机械式持久试验机获得蠕变变形曲线的装置的制作方法

1.本实用新型属于金属材料蠕变持久性能试验领域，具体涉及一种利用机械式持久试验机获得蠕变变形曲线的装置。


背景技术：

2.金属材料在高温和负荷作用下，随时间产生变形的现象称为蠕变。对于在服役过程中长期承受高温和载荷的共同作用的部件，如锅炉、汽轮机、航空航天发动机、燃气轮机等，其材料的蠕变持久性能是设计和评价剩余寿命的关键指标，可通过蠕变持久试验获得蠕变持久强度、蠕变变形曲线和蠕变极限等材料性能数据。蠕变持久试验机包括电子式蠕变持久试验机和机械式蠕变持久试验机，其中电子式蠕变持久试验机由于载荷的电子漂移无法彻底解决，主要用于短时试验，而机械式蠕变持久试验机因载荷稳定主要用于长时试验。
3.蠕变持久试验形式包括蠕变试验和持久试验。蠕变试验常规做法是，在规定温度下对光滑等截面试样施加恒定载荷，利用引伸计测量试样标距段随时间产生的变形，记录时间
‑
变形数据，可同时获得材料在一定温度和载荷下的蠕变持久强度、蠕变变形曲线、稳态蠕变速率等数据。为了便于引伸计装夹，被测试样两端需加工凸耳，并保留一定长度的装夹空间，一根蠕变试样的总长度往往约需100mm甚至更多；标距段直径一般至少为5mm，以防止凸耳与标距段直径悬殊导致凸耳强度降低，很多部件由于尺寸限制不能成加工标准蠕变试样。持久试样比蠕变试样简单，无需加工凸台，不安装引伸计，因此持久试验只能获得试验温度和载荷下的持久强度，无法获得蠕变变形过程的数据。机械式持久试验机结构简单，力值稳定，往往用于进行数千小时甚至上万小时的长时间高温持久试验。
4.相比较来说，现有技术存在的问题是蠕变试验机器结构复杂，试样材料尺寸要求高，试验成本高。而持久试样和试验过程均较简单，但是缺少过程数据。机械式持久试验机在长达数千小时甚至上万小时的试验进行过程中，无法实时判断试验进行程度，以及估算大致断裂时间。


技术实现要素：

5.本实用新型针对上述现有技术中存在的问题，提供了一种利用机械式持久试验机获得蠕变变形曲线的装置，即通过在机械式持久试验机上加装自动调平记录装置，根据自动调平行程计算得到试样塑性变形与时间的关系，从而获得材料蠕变变形的过程数据。
6.本实用新型是通过以下技术方案来实现的：
7.一种利用机械式持久试验机获得蠕变变形曲线的装置，包括杠杆系统、电动加荷系统、自动调平系统以及调平开关动作记录系统；其中，
8.杠杆系统包括刀承和刀承刀刃杠杆支点，以及在刀承刀刃杠杆支点两侧设置的保持设定比例的杠杆，杠杆的样品侧还设置有调平衡装置；
9.试样的一端用于与杠杆的样品侧连接，另一端通过下拉杆与自动调平系统连接；
杠杆远离样品侧的另一端设置有调平开关动作记录系统，并连接有砝码和预负荷砝码，砝码的下方设置有电动加荷系统。
10.本实用新型进一步的改进在于，试样的一端通过第一自动调心装置与杠杆的样品侧连接，另一端通过第二自动调心装置与自动调平系统连接。
11.本实用新型进一步的改进在于，电动加荷系统包括加荷托盘和加荷电机，以及一端与加荷电机相连的缓冲油缸，缓冲油缸的另一端与加荷托盘相连，使得在试验到达保温时间之后自动加载，试样断裂后，经过缓冲油缸缓解，砝码能够平稳落在托盘上，从而避免机构的撞击和损伤。
12.本实用新型进一步的改进在于，自动调平系统包括调平电机，调平电机的输出端通过三角皮带传动与减速机的输入端连接，减速机的输出端通过滚珠丝杠副和滚珠丝杆与下拉杆连接。
13.本实用新型进一步的改进在于，调平开关动作记录系统包括位置指针，下光电开关、上光电开关以及与下光电开关相连的开关动作记录器，位置指针设置在杠杆与预负荷砝码之间的加载吊杆上。
14.与现有技术相比，本实用新型至少具有如下有益的技术效果：
15.本实用新型提供的一种利用机械式持久试验机获得蠕变变形曲线的装置，可在现有机械式持久试验机上安装开关动作记录器，安装简单，价格低廉，即可获得每次调平对应的时间，从而获得材料蠕变变形的过程信息。使用时，仅需简单的一步除法计算，即可获得材料蠕变变形曲线，获得蠕变变形过程信息。
附图说明
16.图1为利用本实用新型获得的t91钢在600℃/210mpa条件下的蠕变变形曲线。
17.图2为本实用新型一种利用机械式持久试验机获得蠕变变形曲线的装置结构示意图。
18.附图标记说明：
19.1、杠杆；2、刀承刀刃杠杆支点；3、调平衡装置；4、第一自动调心装置；5、试样； 6、第二自动调心装置；7、滚珠丝杆；8、滚珠丝杠副；9、减速机；10、三角皮带传动； 11、调平电机；12、缓冲油缸；13、加荷电机；14、加荷托盘；15、砝码；16、预负荷砝码； 17、位置指针；18、下光电开关；19、上光电开关；20、开关动作记录器；21、下拉杆。
具体实施方式
20.以下结合附图和实施例对本实用新型做出进一步的说明。
21.如图2所示，本实用新型提供的一种利用机械式持久试验机获得蠕变变形曲线的装置，包括杠杆系统、电动加荷系统、自动调平系统以及调平开关动作记录系统。
22.其中，杠杆系统包括刀承和刀承刀刃杠杆支点2，以及在刀承刀刃杠杆支点两侧设置的保持设定比例的杠杆1，杠杆1的样品侧还设置有调平衡装置3；试样5的一端通过第一自动调心装置4与杠杆1的样品侧连接，另一端通过第二自动调心装置6与自动调平系统连接；杠杆1远离样品侧的另一端设置有调平开关动作记录系统，并连接有砝码15和预负荷砝码 16，砝码15的下方设置有电动加荷系统。
23.电动加荷系统包括加荷托盘14和加荷电机13，以及一端与加荷电机13相连的缓冲油缸 12，缓冲油缸12的另一端与加荷托盘14相连，使得在试验到达保温时间之后自动加载，试样5断裂后，经过缓冲油缸12缓解，砝码15能够平稳落在托盘14上，从而避免机构的撞击和损伤。
24.自动调平系统包括调平电机11，调平电机11的输出端通过三角皮带传动10与减速机9 的输入端连接，减速机9的输出端通过滚珠丝杠副8和滚珠丝杆7与下拉杆21连接。依次通过三角皮带传动10、减速机9、滚珠丝杠副8转动，从而使滚珠丝杆7带动下拉杆21和试样 5等缓慢向下移动，从而达到调平的目的。
25.调平开关动作记录系统包括位置指针17，下光电开关18、上光电开关19以及与下光电开关18相连的开关动作记录器20，位置指针17设置在杠杆1与预负荷砝码16之间的加载吊杆上。
26.本实用新型提供的一种利用机械式持久试验机获得蠕变变形曲线的装置的使用方法，试验过程中，试样5在高温和应力作用下伸长，杠杆1尾部向下倾斜，当杠杆尾部下降到下光电开关18处，触发下光电开关18动作，调平电机11旋转，带动试样5向下缓慢移动，杠杆尾部逐渐上升，当到达上光电开关19处时，触发上光电开关19动作，调平电机11停止，开关动作记录器20记录每次下光电开关18动作的时间；试验时在上下光电开关的控制下，杠杆5在准许的范围内摆动；根据设置在加载吊杆上的位置指针17位置刻度变化范围，得到两次调平之间杠杆尾部的活动范围，根据杠杆比计算两次调平之间试样的变形量，结合下光电开关18的动作时间，得出持久试验时间与试样塑性变形之间的关系。
27.实施例：
28.如图1所示，ctm504型持久试验机，持久试样t91，试验温度600℃，应力210mpa，记录试验开始后每次调平时间，一次调平砝码测指针变形距离为4mm，杠杆比为50：1，计算得到一次调平试样增加塑性变形为4/50＝0.08mm，以每次调平与试验开始的时间间隔为横坐标，调平次数乘以0.08为纵坐标，获得的蠕变变形曲线见下图，为标准的三阶段蠕变变形曲线，计算得到的试样伸长率与断裂试样断后伸长率对比结果一致，证明此方法可行。