管(集成于中间冷却器9内)进行再冷却，然后与从一级压缩机I的蒸发器出来的低温低压蒸汽进行热交换，使从中间冷却器9中出来的过冷液体再一次得到冷却，最后经膨胀阀Π 17进入低温环境箱中的蒸发器21，在蒸发器中吸热蒸发而成为高温低压的蒸汽，从而完成制冷循环。
[0044]其中，电磁阀16和电磁阀Π 16用于控制流体的方向；压力开关12和压力开关Π 11用于被测压力超过额定值时，改变开关元件的通断状态，进而控制被测压力；油水分离器14用于将管路内气体中无用或有害的液体分离出来;截止阀119和截止阀Π 20用于调节管路内流体的节流和全开或全关;压力表13和压力表Π 8为一级压缩回路中显示高压和低压数值;压力表ΙΠ12和压力表IV18为二级压缩回路中显示高压和低压数值;循环水从冷却水进口 22充入，从冷却水出口 23流出，可以同时将冷凝器14和冷凝器Π 13的热量带走。
[0045]如图2所示，本实用新型温度控制系统设有环境温度控制箱24，环境温度控制箱24四周侧壁内填充加热电阻丝和保温石棉，热电偶27通过环境温度控制箱24上端口插入环境温度控制箱24内部，热电偶27与温度控制器25连接，实现温度的自动控制;均温器26为一安装在环境温度控制箱24内部的风扇，用于循环环境温度控制箱24内部冷气流，实现温度均衡;环境温度控制箱24上下面分别设有CT试样夹具穿入口 28;环境温度控制箱24侧面设有CT试样导线引出口 29。
[0046]如图3-图5所示，本实用新型裂纹测量系统设有紧凑拉伸CT试样30，CT试样30的开口侧上下设置工作电压测量正极33、工作电压测量负极34，CT试样30的另一侧设置参考电压测量正极35、参考电压测量负极36;导线连接模块131(电流输入端)和导线连接模块Π 32(电流输出端)，用来将导线39与CT试样30连接在一起;恒流源40通过导线连接模块131和导线连接模块Π 32向CT试样30输入稳定的直流电源;纳伏表42用来精确测量CT试样30的工作电压测量正极33、工作电压测量负极34、参考电压测量正极35和参考电压测量负极36的电压信号；数据采集卡43从纳伏表42采集数据并输出到电脑44(计算机)保存记录；由于选用的是一款可编程操控的恒流源40，因此可通过数据采集卡43将采集到的电流信号反馈到电脑44，进而直接控制恒流源40的输出电流大小，也可以直接在恒流源上设置输出电流大小。在恒流源40的输出端与CT试样30连接前加入反相电流模块41，通过反相电流模块41反转电流，消除温度对电压型号的影响。
[0047]本实用新型设计一种新型的导线与试样的连接方式，能够牢固地将导线与铝合金试样连接在一起。如图4所示，导线连接模块131的一端插装导线39，导线连接模块131的另一端设置外螺纹45，导线连接模块131通过外螺纹45与CT试样30连接;导线连接模块131的侧面开设导线连接柱38，导线39伸至导线连接柱38中，通过导线旋紧螺栓37与导线连接柱38螺纹连接压紧导线39，导线连接模块Π32与导线连接模块131结构相同。导线旋紧螺栓37和导线连接柱38选用与CT试样30相同的材料加工而成，避免电偶腐蚀，且体积不宜过大，直径为3mm，避免因导线39与CT试样30电压信号测量端接触面积过大造成的信号失真。导线连接模块(导线连接模块131和导线连接模块Π 32)是针对于铝合金等润湿性低并且电阻率小的材料，选用电阻率更低的无氧铜作为导线，采用侧面旋紧方式将铜导线与铝合金试样连接在一起，连接紧固、不宜脱落，并且有效降低信号损失率。
[0048]如图6所示，从铝合金低温疲劳S-N曲线可以看出，采用本实用新型低温环境温度控制稳定。
[0049]如图7所示，从DCPD法测试的铝合金低温疲劳裂纹扩展速率(da/dN)与应力强度因子范围(AK)之间的关系曲线可以看出，采用本实用新型裂纹测量系统能够准确的测量材料的低温裂纹扩展速率。
[0050]实施例结果表明，本实用新型装置可实现-50°C的低温疲劳S-N试验和低温疲劳裂纹扩展速率试验。使用的压缩机双级制冷方式安全可靠，稳定性好，采用R23环保型氟利昂作为冷媒，可循环使用，无污染排放，经济环保。从而，避免了液氮制冷技术中液氮无法循环使用，降温过程不稳定，膨胀比较高且蒸发温度低等缺点，以及单级压缩机制冷技术难以实现_60°C的低温的问题。另外，本实用新型装置DCPD法测量裂纹长度准确性高，导线与试样采用的螺栓式连接方式连接牢固，有效解决了低润湿性金属难以与导线焊接的问题。本实用新型适用于低温空气环境下Dcro法计算材料的疲劳裂纹扩展速率及门槛值，温度控制准确，裂纹长度测量可靠性高，适合在实验室中推广使用，在钢铁、有色等大规模工业生产、检测分析等领域也可广泛应用。
【主权项】
1.一种低温疲劳裂纹扩展速率试验装置，其特征在于，该装置包括低温制冷系统、温度控制系统和裂纹测量系统，其中: 低温制冷系统设有一级压缩机、压力开关1、压力表1、冷凝器1、储液罐1、电磁阀1、膨胀阀1、压力表π、中间冷却器、二级压缩机、压力开关π、压力表m、冷凝器π、油水分离器、储液罐π、电磁阀π、膨胀阀π、压力表IV、截止阀1、截止阀π、蒸发器、冷却水进口、冷却水出口； 一级压缩机一方面通过管路与冷凝器I连通，在所述管路上设置压力开关I和压力表I;冷凝器I通过管路与储液罐I连通，冷凝器I上设有冷却水进口；储液罐I通过管路与中间冷却器连通，在所述管路上设置电磁阀1、膨胀阀I; 一级压缩机另一方面通过管路与中间冷却器连通，所述管路上设置压力表π; 二级压缩机一方面通过管路与冷凝器Π连通，在所述管路上设置压力开关Π和压力表m;冷凝器π上设有冷却水出口，冷凝器π通过管路与油水分离器连通;储液罐π通过管路与二级压缩机顶部连通，油水分离器顶部与储液罐π和二级压缩机之间的管路连通，油水分离器底部通过管路与中间冷却器连通;二级压缩机另一方面通过管路与蒸发器连通，在所述管路上设置压力表IV、截止阀π ;蒸发器通过管路与中间冷却器连通，在所述管路上设置电磁阀π、膨胀阀Π、截止阀I; 温度控制系统设有环境温度控制箱，环境温度控制箱四周侧壁内填充加热电阻丝和保温石棉，热电偶通过环境温度控制箱上端口插入环境温度控制箱内部，热电偶与温度控制器连接;在环境温度控制箱内部安装均温器，环境温度控制箱上下面分别设有CT试样夹具穿入口 ；环境温度控制箱侧面设有CT试样导线引出口； 裂纹测量系统设有紧凑拉伸CT试样，CT试样的开口侧上下设置工作电压测量正极、工作电压测量负极，CT试样的另一侧设置参考电压测量正极、参考电压测量负极;导线与CT试样通过导线连接模块I和导线连接模块π连接。2.按照权利要求1所述的低温疲劳裂纹扩展速率试验装置，其特征在于，导线连接模块I的一端插装导线，导线连接模块I的另一端设置外螺纹，导线连接模块I通过外螺纹与CT试样连接，导线连接模块I的侧面开设导线连接柱，导线伸至导线连接柱中，通过导线旋紧螺栓与导线连接柱螺纹连接压紧导线，导线连接模块Π与导线连接模块I结构相同。
【专利摘要】本实用新型涉及低温疲劳裂纹扩展速率测试领域，具体为一种金属材料低温疲劳裂纹扩展试验装置，适用于直流电位降法测量金属材料的低温疲劳裂纹扩展速率及疲劳裂纹扩展门槛值。本实用新型装置包括低温制冷系统、温度控制系统和裂纹测量系统，采用双级压缩机制冷方式实现低温环境，可以实现从室温至-60℃的低温，温度控制准确，操作简便，充入的R23环保型氟利昂冷媒属于HFC类物质，对臭氧层无损害，可节约能源。本实用新型适用于低温空气环境下DCPD法计算材料的疲劳裂纹扩展速率及门槛值，温度控制准确，裂纹长度测量可靠性高，适合在实验室中推广使用，在钢铁、有色等大规模工业生产、检测分析等领域也可广泛应用。
【IPC分类】F25B1/10, G01N27/00, F25B41/04, F25B41/06
【公开号】CN205280637
【申请号】CN201521063081
【发明人】周宇, 张波, 赵东杨, 王俭秋, 柯伟, 韩恩厚
【申请人】中国科学院金属研究所
【公开日】2016年6月1日
【申请日】2015年12月17日