一种金属材料低温拉伸试验装置

本申请属于金属材料力学性能测试领域，具体涉及一种金属材料低温拉伸试验装置。

背景技术：

随着现代各行业的飞速发展，越来越多的金属材料需要在低温环境中使用，如低温压力容器、桥梁、建筑材料等，因此对于这些材料的各项力学性能的准确测量也就显得至关重要，尤其是试样的屈服强度、抗拉强度、延伸率和面缩率等拉伸性能指标。

目前，常温的拉伸试验是直接将金属试样夹持到拉伸试验机的夹头上进行试验，并通过拧紧螺杆来夹紧试样。但是，由于直接将金属试样在拉伸试验机上进行试验，难以保证低温拉伸试验所需的液氮条件，并且会损坏拉伸试验机。另外，若不使用专用的超低温拉伸试验机进行超低温实验，实验数据的准确程度难以保证。因此，金属材料在低温环境下的力学性能测量尤其是拉伸试验，由于设备和相关条件的限制，一直缺乏一种通用且简便的低温拉伸试验装置。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决上述技术的不足，提供一种通用且简便的金属材料低温拉伸试验装置。

为此，本发明提供一种金属材料低温拉伸试验装置，其设有支撑机构、试样夹持机构、传力导向机构；支撑机构设有保温桶、上支撑架、下支撑架，保温桶为上部敞口的桶状结构，上支撑架可拆卸的固定安装在保温桶内，下支撑架设置在上支撑架的下方，且与保温桶的桶底间隔设有空腔，空腔设有下支撑架下降缓冲区和用于容纳制冷剂的制冷剂储存区；试样夹持机构设有上夹具、下夹具，上夹具安装在上支撑架上，下夹具安装在下支撑架上，上夹具与下夹具上下间隔相对设置，分别用于夹持金属试样的上端和下端；传力导向机构设有相连接的传力板和导柱；传力板设置于上支撑架的上方，导柱向下穿过上支撑架并伸出与下支撑架相连接；当向下压传力板时，导柱带动下支撑架向下进入下支撑架下降缓冲区，从而带动下夹具向下拉伸金属试样。

优选的，上夹具和下夹具均分别设有夹样楔块、夹样垫块、t型夹样块，夹样楔块开设有半开口槽，夹样垫块安装在半开口槽内；t型夹样块的竖端插入半开口槽内，且与夹样垫块相对设置，二者之间的缝隙用于固定夹持金属试样；t型夹样块与夹样楔块可拆卸固定连接。

优选的，t型夹样块的竖端和夹样垫块用于夹持金属试样的接触面均设有凹凸花纹，且二者相互适配咬合金属试样。

优选的，上夹具和下夹具均通过与其相连接的固定块分别与上支撑架、下支撑架固定连接。

优选的，试样夹持机构还设有试样支撑杆，试样支撑杆设置在上夹具与下夹具之间，下夹具的夹样楔块开设有定位孔，试样支撑杆的一端与上夹具的夹样楔块固定连接，试样支撑杆的另一端插入定位孔内，当金属试样拉伸时，试样支撑杆的另一端脱离定位孔。

优选的，保温桶的内壁设有环状凸缘，上支撑架安放在环状凸缘上。

优选的，传力导向机构还设有过渡压头，过渡压头连接设置在传力板的上表面。

优选的，在传力板上开设有圆形凹槽，该圆形凹槽与过渡压头的底部相适配，在使用时，将过渡压头的底部安放在圆形凹槽内，便于过渡压头与传力板的定位。

优选的，上支撑架的上端设有突出耳朵，突出耳朵伸出保温桶外。

优选的，保温桶的外表面包裹连接设有保温层。

优选的，制冷剂为液氮。

本发明的有益效果是：本发明提供一种金属材料低温拉伸试验装置，其结构简单，试样拆装方便，实用性好，可广泛用于各种型号的万能试验机。金属试样在安装与拉伸过程中不会受扭紧而发生变形，保证金属试样在变形过程中为单向拉伸变形，且保温桶的底部专门设置制冷剂储存区，可以保证试样的整个拉伸过程处于液氮条件下进行，且不会出现金属试样变形温度无法确认的情况。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明立体图的结构示意图；

图2为本发明主视图的局部剖视图的结构示意图；

图3为图1所示的去除保温桶的结构示意图；

图4为图1所示的保温桶的结构示意图；

图5为图2所示的去除上支撑架的结构示意图；

图6为图5所示的上夹持组件、下夹持组件及试样支撑杆的结构示意图；

图7为图6所示的下夹持组件的爆炸图的结构示意图；

图8为图6所示上夹持组件、下夹持组件夹紧金属试样的结构示意图；

图9为图7所示的试样支撑杆的底部的锥体形结构插入下夹样端的结构示意图。

图中标记：1.保温桶，2.上支撑架，3.下支撑架，4.下支撑架下降缓冲区，5.制冷剂储存区，6.传力板，7.导柱，8.金属试样，9.夹样楔块，10.夹样垫块，11.t型夹样块，12.半开口槽，13.缝隙，14.凹凸花纹，15.固定块，16.试样支撑杆，17.定位孔，18.环状凸缘，19.过渡压头，20.突出耳朵，21.保温层。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请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仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

由图1-图3所示，本发明提供一种金属材料低温拉伸试验装置，其设有支撑机构、试样夹持机构、传力导向机构；支撑机构设有保温桶1、上支撑架2、下支撑架3，保温桶1为上部敞口的桶状结构，上支撑架2可拆卸的固定安装在保温桶1内，下支撑架3设置在上支撑架2的下方，且与保温桶1的桶底间隔设有空腔，空腔设有下支撑架下降缓冲区4和用于容纳制冷剂的制冷剂储存区5，保温桶1内容纳制冷剂，使得拉伸试验始终处于制冷剂条件下进行，同时，保温桶1对于上支撑架2起到支撑定位作用；试样夹持机构设有上夹具、下夹具，上夹具安装在上支撑架2上，下夹具安装在下支撑架3上，上夹具与下夹具上下间隔相对设置，分别用于夹持金属试样8的上端和下端；传力导向机构设有相连接的传力板6和导柱7；传力板6设置于上支撑架2的上方，导柱7向下穿过上支撑架2并伸出与下支撑架3相连接；当向下压传力板6时，导柱7带动下支撑架3向下进入下支撑架下降缓冲区4，从而带动下夹具向下拉伸金属试样8。

上述上夹具和下夹具可以是现有装置，也可以为本申请所公开的装置。作为优选的实施例，由图2、图6、图7所示，上夹具和下夹具上下间隔相对设置，结构相同，均分别设有夹样楔块9、夹样垫块10、t型夹样块11，夹样楔块9开设有半开口槽12，夹样垫块10安装在半开口槽12内；t型夹样块11的竖端插入半开口槽12内，且与夹样垫块10相对设置，t型夹样块11的竖端与夹样垫块10之间形成的缝隙13用于固定夹持金属试样8；t型夹样块11与夹样楔块9可拆卸固定连接。上支撑架2对上夹具的夹样楔块9起支撑与定位作用，下支撑架3对下夹具的夹样楔块9起定位支撑作用。夹样楔块9表面开设有半开口槽12，防止金属试样8在拉伸过程中，其夹持部分打滑。金属试样8的夹紧方式为，将金属试样8的两端分别放在上夹具和下夹具的缝隙13内，再将t型夹样块11的竖端水平向金属试样8移动靠近，然后与夹样垫块10协同夹紧金属试样8。该夹样方式避免了使金属试样8在试验开始前受压发生弯曲变形或者受拉发生拉伸变形，最大限度的保证金属试样8在夹持过程中避免受扭，有效解决了现有的拉伸装置在夹紧试样时，通过旋紧夹持方式，试样不可避免受扭而导致的扭转变形的技术问题。

作为更加优选的实施例，由图7所示，t型夹样块11的竖端和夹样垫块10用于夹持金属试样8的接触面均设有凹凸花纹14，且二者相互适配咬合金属试样8。在拉伸过程中，金属试样8的夹持更加牢固，不易滑脱。

作为更加优选的实施例，由图2、图3所示，上夹具和下夹具均通过与其相连接的固定块15分别与上支撑架2、下支撑架3固定连接。固定块15用来防止t型夹样块11在拉伸过程中发生移动。

作为优选的实施例，由图2、图6所示，试样夹持机构还设有试样支撑杆16，试样支撑杆16设置在上夹具与下夹具之间，下夹具的夹样楔块9开设有定位孔17，试样支撑杆16的一端与上夹具的夹样楔块9固定连接，试样支撑杆16的另一端插入定位孔17内，当金属试样8拉伸时，试样支撑杆16的另一端脱离定位孔17。试样支撑杆16在试验未开始前，起着支撑保护金属试样8、及辅助定位的作用，可以保证金属试样8在安装夹持过程中，保护金属试样8不会受扭，发生剪切变形。作为进一步优选的实施例，试样支撑杆16的另一端为锥体形结构，便于插入相对应的定位孔17内。

作为优选的实施例，由图2、图4所示，保温桶1的内壁设有环状凸缘18，上支撑架2安放在环状凸缘18上，从而进一步方便上支撑架2的取放。

作为优选的实施例，由图1-图3所示，传力导向机构还设有过渡压头19，过渡压头19连接设置在传力板6的上表面，外力通过过渡压头19传递至传力板6。最好的，过渡压头19的下表面与传力板6的上表面保持光洁平整，两平面贴合良好，不会发生晃动。为了便于过渡压头19与传力板6定位，可以在过渡压头19的下底面加工凸台，传力板6的中心部位加工有圆形凹槽，过渡压头19的凸台与传力板6的圆形凹槽适配可拆卸连接。在试验未开始时，上支撑架2坐落在保温桶1上，支撑整个拉伸试验装置的受力部分；在试验过程中，由过渡压头19所传递的力最终由保温桶1所承受。

作为优选的实施例，由图1、图2所示，上支撑架2的上端设有突出耳朵20，且突出耳朵20伸出保温桶1外，便于试验操作，取放上支撑架2。

作为优选的实施例，由图2所示，保温桶1的外表面包裹连接设有保温层21。该保温层21最好是石棉保温层21，起着降低保温桶1内外热量交换的作用。

作为优选的实施例，制冷剂为液氮，液氮是惰性的、无色、无臭、无腐蚀性，不可燃，温度极低，是优良的制冷剂，在常压下，液氮温度为-196℃。

本发明可适用于薄片状金属试样，也适用于微小金属试样超低温拉伸试验，例如试样尺寸为标距尺寸为宽3mm、长10mm、厚0.2mm的狗骨头形拉伸试样，其材料为铜银锆合金。

本发明的工作原理为：将金属试样8的两端分别夹持在本发明的上夹具、下夹具内，然后将其安装在本试验装置保温桶1内，而后将液氮注入保温桶1内，待保温桶1内温度稳定后，过渡压头19向下受压，将压力先后通过传力板6、导柱7、下支撑架3、下夹具传递到金属试样8上，使得金属试样8向下发生拉伸变形。在单次拉伸试验完成后，将拉伸完成后的金属试样8卸下，换下一个金属试样8，重复以上操作，完成金属试样8液氮条件低温拉伸试验。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。