海水腐蚀环境下疲劳裂纹扩展速率试验装置及其测量方法
【技术领域】
[0001]本发明属于金属材料力学性能测试技术领域，具体地指一种海水腐蚀环境下疲劳裂纹扩展速率试验装置及其测量方法。
【背景技术】
[0002]疲劳裂纹扩展速率试验是评价金属材料疲劳性能的一项重要试验。在海水腐蚀环境下，材料疲劳裂纹扩展将加速，因此考察腐蚀环境下材料的疲劳裂纹扩展速率对于耐蚀钢品种更具有针对性。
[0003]国家标准GB/T6398-2000《金属材料疲劳裂纹扩展速率试验方法》附录C中对含水介质下的试验装置有所介绍，但仅限于中心裂纹M(T)试样和紧凑拉伸C(T)试样，并无标准中第3种类型试样单边缺口 SE(B)试样适合的试验装置。发明专利CN202119748U“一种用于腐蚀疲劳裂纹扩展的测试装置”设计了一种适合中心裂纹M(T)试样的腐蚀介质箱体，该箱体卡在试样的测试段上疲劳试验时与试样之间有摩擦，密封性能要求非常严格，一旦泄漏，腐蚀介质将腐蚀疲劳试验设备，另外采用电阻片测试裂纹扩展量需要每次试验前进行一次标定，不如使用COD规采用柔度法直接测量方便。发明专利申请CN101358929A “一种腐蚀环境下疲劳裂纹扩展速率试验环境装置”也研制了一种卡于试样表面裂纹扩展区域的环境盒，该装置结果简单小巧，并且为COD规夹持预留了空间，避免COD规被腐蚀介质腐蚀，但该装置也只适用于紧凑拉伸C(T)试样，且由于介质盒容积下，少量腐蚀介质在小空间内随试样上下高频运动时可能发热，导致裂纹尖端应力场的变化影响试验结果有效性。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是根据上述不足提供一种海水腐蚀环境下疲劳裂纹扩展速率试验装置及其测量方法，该装置适用于海水腐蚀环境下单边缺口 SE(B)试样疲劳裂纹扩展速率的测量，而且装置密封性好，测量结果准确可靠。
[0005]为实现上述目的，本发明所设计的海水腐蚀环境下疲劳裂纹扩展速率试验装置，其特殊之处在于:它包括有三点弯曲夹具、海水环境容器箱，所述三点弯曲夹具由与疲劳试验机横梁相连的三点弯曲支架、连接在三点弯曲支架上的两个上弯心、以及设置在海水环境容器箱内的下弯心组成；
[0006]所述三点弯曲支架通过法兰盘固定在疲劳试验机横梁上；
[0007]所述两个上弯心在三点弯曲支架内的矩形滑道里滑动，并通过定位孔固定；
[0008]所述海水环境容器箱底部设有通孔，通孔内设有贯穿通孔的连接螺杆，连接螺杆通过海水环境容器箱底部内外两侧对锁螺母垂直固定，连接螺杆在海水环境容器箱内的顶端与下弯心固定，在海水环境容器箱外的底端与疲劳试验机的下作动器相连；连接螺杆与通孔之间密封；
[0009]所述海水环境容器箱顶部设有防飞溅盖板，盖板上设有供试样伸入海水环境容器箱内的矩形通孔；
[0010]所述海水环境容器箱与位于海水环境容器箱外的循环海水供给装置相连。
[0011]进一步地，所述防飞溅盖板从上到下依次包括粘接而成的顶层盖板、中间层盖板以及底层盖板，所述三层盖板之间还设有一对横向推板和一对纵向推板，所述横向推板和纵向推板通过三层盖板上对应的滑槽和卡条定位。
[0012]进一步地，所述循环海水供给装置包括循环海水箱和循环水栗，所述海水环境容器箱底部设有排液管，所述排液管向海水环境容器箱内伸出并且另一端与循环海水箱相连，所述海水环境容器箱侧壁设有进液管，进液管通过循环水栗与循环海水箱相连。
[0013]进一步地，所述上弯心由上弯心支座、上弯心支辊、上弯心挡块和连接弹簧组成；所述上弯心挡块固定在两个上弯心相对一侧的上弯心支座表面；连接弹簧通过一端与上弯心支辊相连，另一端与上弯心挡块相连，使上弯心支辊与上弯心支座固定；所述上弯心支座底面两侧设有凸台，所述凸台上设有跑道型上弯心定位孔，与三点弯曲支架上定位孔配合定位。
[0014]进一步地，所述下弯心由下弯心支座、下弯心支辊、连接下弯心支辊与下弯心支座的下弯心挡块组成，所述下弯心支座底部设有回型空腔，所述连接螺杆伸入回型空腔与回型空腔内的螺栓相连。
[0015]进一步地，所述三点弯曲支架的矩形滑道两侧设有带刻度的挡条。
[0016]本发明所设计海水腐蚀环境下疲劳裂纹扩展速率试验装置的测量方法，其步骤包括:
[0017]I)将连接螺杆与疲劳试验机下作动器相连，并下调疲劳试验机横梁位置，将横梁与法兰盘固定；
[0018]2)根据试样尺寸，选择合适的跨距，将两个上弯心在三点弯曲支架内的矩形滑道里滑动至合适的跨距，并通过定位孔固定在三点弯曲支架上；
[0019]3)将海水环境容器箱通过底部通孔、连接螺杆和对锁螺母与疲劳试验机下作动器相连，保证海水环境容器箱安装后的轴向性，且约束海水环境容器箱不会左右晃动；
[0020]4)将下弯心固定在连接螺杆上表面，并通过转动下作动器使下弯心的轴线与两个上弯心轴线平行；
[0021]5)在海水环境容器箱顶部盖上防飞溅盖板，将被测试样固定在上弯心上，下调横梁高度，使试样进入防飞溅盖板上的矩形通孔直至与下弯心接触，调整试样水平位置，使下弯心与试样下表面切线与试样机械加工缺口裂尖位于同一垂面内；
[0022]6)将海水环境容器箱与海水环境容器箱外的循环海水供给装置相连形成循环回路；
[0023]7)安装COD规于试样上表面燕尾槽卡口处，开启疲劳试验机中疲劳裂纹扩展速率试验模块进行疲劳裂纹扩展速率试验。
[0024]本发明的优点在于:其适用于单边缺口 SE(B)试样疲劳裂纹扩展速率的测量，将常规的三点弯曲夹具倒装，保证SE(B)试样的机械加工缺口以及柔度测量COD规置于海水平面以上，能够通过柔度法测量裂纹扩展量并保证COD规不至于放置于海水中被腐蚀。并且通过防飞溅盖板防止疲劳试验时海水飞溅，腐蚀夹具系统及疲劳试验机，具有很强的实用性。
【附图说明】
[0025]图1为本发明结构示意图；
[0026]图2为三点弯曲支架结构示意图；
[0027]图3为上弯心结构示意图；
[0028]图4为海水环境容器箱及下弯心正视图；
[0029]图5为下弯心结构示意图；
[0030]图6为防飞溅盖板底层盖板结构示意图；
[0031]图7为防飞溅盖板纵向推板结构示意图；
[0032]图8为防飞溅盖板中间层盖板结构示意图；
[0033]图9为防飞溅盖板横向推板结构示意图；
[0034]图10为防飞溅盖板顶层盖板结构示意图；
[0035]其中，1-三点弯曲支架，2-海水环境容器箱，3-法兰盘，4-防飞溅盖板，5-上弯心，6-下弯心，7-矩形滑槽，8-定位孔，9-海水环境容器箱箱底通孔，10-连接螺杆；11-对锁螺母，12-进液管，13-排液管，14-矩形通孔，15-循环水栗，16-循环海水箱，17-上弯心支座，18-上弯心支辊，19-上弯心挡块，20-连接弹簧，21-凸台，22-跑道型上弯心定位孔，23-下弯心支座，24-下弯心支辊，25-下弯心挡块，26-回型空腔，27-螺栓，28-挡条，29-防飞溅盖板底层盖板，30-防飞溅盖板纵向推板，31-防飞溅盖板中间层盖板，32-防飞溅盖板横向推板，33-防飞溅盖板顶层盖板，34-纵向滑动卡条，35-纵向弧形边界，36-纵向滑动滑槽，37-横向滑动卡条，38-横向弧形边界，39-横向滑动滑槽。
【具体实施方式】
[0036]以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明:
[0037]如图1所示的发明海水腐蚀环境下疲劳裂纹扩展速率试验装置，包括有三点弯曲夹具和海水环境容器箱2。所述三点弯曲夹具由与疲劳试验机横梁相连的三点弯曲支架1、连接在三点弯曲支架I上的两个上弯心5、以及设置在海水环境容器箱2内的下弯心6组成。所述海水环境容器箱2与位于海水环境容器箱外的循环海水供给装置相连。所述循环海水供给装置包括循环海水箱16和循环水栗15，所述海水环境容器箱2底部设有排液管13，排液管13向海水环境容器箱2内伸出并且另一端与循环海水箱16相连，所述海水环境容器箱2侧壁设有进液管12，进液管12通过循环水栗15与循环海水箱16相连。排液管13伸出海水环境容器箱2内侧的高度与试样安装在夹具上后初始机加工缺口尖端平齐，保证海水面总是不会太高而漫出，也不会太低使得裂纹扩展区域露出海水面。
[0038]如图2所示，所述三点弯曲支架I通过法兰盘3和8个螺母固定在疲劳试验机横梁上。三点弯曲支架I内设有矩形滑道7，两个上弯心5可以在矩形滑道7内滑动，根据测试试样的具体尺寸选择不同的跨距。所述矩形滑道7内有两排定位孔8，两个上弯心5确定好跨距后可用锁紧螺母固定在矩形滑道7内，从而固定在三点弯曲支架I上。所述矩形滑道7两侧设有挡条28，用于约束上弯心5的侧向位移。所述挡条28外侧表面设有标尺，用于上弯心5定位，选择合适的跨距。
[0039]如图3所示，所述上弯心5由上弯心支座17、上弯心支辊18、上弯心挡块19和连接弹簧20组成。所述上弯心挡块19固定在两个上弯心5相对一侧的上弯心支座17表面，起支挡上弯心支辊18的作用。优选的上弯心挡块19与上弯心支座17表面采用螺母锁紧连接，上弯心挡块19上开设跑道型通孔以保证选择不同直径的上弯心支辊时上弯心挡块高度可调。上弯心支辊18两端设有螺母，上弯心挡块19两侧也设有螺母，连接弹簧20 —端与上弯心支辊18两端的螺母相连，另一端与上弯心挡块19两侧的螺母相连，从而使上弯心支辊18与上弯心挡块19以及上弯心支座17固定。所述上弯心支座17底面两侧设有凸台21，所述凸台21上设有跑道型上弯心定位孔22，与三点弯曲支架I上定位孔8配合定位。跑道型上弯心定位孔22保证上弯心5在两个相邻间距的定位孔8间可以适当的滑动微调，精确定位跨距。
[0040]如图4所示，所述海水环境容器箱2底部设有通孔9，通孔9内设有贯穿通