专利名称：微试样蠕变试验系统及试验方法
技术领域：
本发明涉及一种微试样蠕变试验系统及试验方法。
背景技术：
在火电、核电和石化等高能耗的行业中，需要提高温度、压强等技术参数来提高资 源的利用率，实现节能减排的目标。对相关设备提出了更高的要求。如何保证设备在高温 和恶劣环境中的安全稳定运行成为重大的研究课题。在高温环境下，主要的破坏形式是蠕 变，需要充分了解在役设备的蠕变性能，从而进行寿命评估。目前，在役设备的材料性能评估主要是无损检测和微试样试验。但现在的无损检 测技术主要检验材料的缺陷，对于材料的力学性能主要采用微试样试验。GB/T2039-1997《金属拉伸蠕变及持久试验方法》对单轴拉伸蠕变试验有统一标 准。但试样尺寸较大，无法满足对在役设备取样进行试验的要求。凌祥等人的《小冲孔蠕变 试验系统》和关凯书等人的《小冲杆蠕变测试装置》发明了用小冲孔微试样来进行蠕变试验 的试验装置。欧洲标准委员会(CEN)在2006年制定了相关标准，名为《金属材料的小冲孔 试验方法》(Small Punch Test Method for Metallic Materials)，统一试样尺寸为直径 8mm，厚0. 5mm。小冲孔蠕变试验试样破坏原理与传统的单轴拉伸蠕变试验的不同，还无法用 相关的公式很好的联系起来，仍处于实验室阶段。弯曲试验是测定材料承受弯曲载荷时的力学性能的试验。试样承受弯矩作用后， 其内部应力主要为正应力，与单轴拉伸试验时产生的应力相类似。另外，弯曲试样并不是如 传统拉伸试样那样受单向载荷作用，而许多设备构件在使用过程中都受到不同程度的弯曲 负荷，因此弯曲试验对于实际工程应用有重要意义。弯曲试验的试样形状规则、试验操作简 单，并可以用平面杆模型为基础，能推导出相关理论公式。而且弯曲试验试样的表面应力最 大，能灵敏地反映材料表面缺陷。因此，用弯曲试验测材料的蠕变性能具有可行性。弯曲试验一般分为两种三点弯曲试验和四点弯曲试验。马渊睿在《三点弯非标准试样预测蠕变性能的研究》中，建立三点弯直杆小试样模
型并进行推导，假设弯曲变形为小变形，进行理论推导，得到
权利要求
1.一种微试样蠕变试验系统，其特征在于，包括主机框架、高温炉、伺服电机加载装置、 测距装置、测力装置、冷却系统、夹装机构、石英管、供气装置，其中，所述主机框架包括底座、上横梁、中横梁，通过两根立柱连接；所述伺服电机加载装置设置在所述主机框架底座上，其上端穿过中横梁；所述测力装置与所述伺服电机加载装置连接，置于其正上方；所述测距装置固定在所述主机框架的中横梁上，其传感头套于测力传感器和冷却系统 之间；所述冷却系统置于测力装置上方；所述夹装机构置于冷却系统上方，包括下支撑杆、夹具套件、以及上支撑杆，所述夹具 套件包括夹具、定位套及压杆，其中，所述定位套套在所述夹具上，所述夹具内嵌有所述微 试样，所述压杆嵌入定位套中与所述微试样接触；所述上支撑杆与所述压杆连接、嵌在所述 石英管上端，其上端固定在所述主机框架的上横梁上；所述下支撑杆嵌在所述石英管下端、 与所述夹具连接；所述石英管内设置热电偶，贴在所述夹具上，所述石英管外部套有高温炉；所述热电偶 测量的温度反馈到一温度控制器，通过所述温度控制器调节所述高温炉的温度；所述供气装置通过进气管将气体输送到由所述夹装机构和所述石英管构成的空间内。
2.如权利要求1所述的微试样蠕变试验系统，其特征在于，所述伺服电机加载装置的 上端与导向套配合，保证同轴度，所述导向套嵌在所述中横梁上。
3.如权利要求1所述的微试样蠕变试验系统，其特征在于，所述测距装置为测距传感 器，所述测力装置为测力传感器，均与外设计算机相联，所述外设计算机用于记录所述测距 传感器、所述测力传感器测量的数据。
4.如权利要求1所述的微试样蠕变试验系统，其特征在于，所述冷却系统由水箱提供 循环水进行冷却，避免将所述高温炉的热量传递到所述测距装置、测力装置而影响测试精 度。
5.如权利要求1所述的微试样蠕变试验系统，其特征在于，所述主机框架上横梁还设 置定位机构，用于将所述夹装机构的上端固定在所述主机框架的上横梁上。
6.如权利要求1所述的微试样蠕变试验系统，其特征在于，所述夹具套件为三点弯曲 夹具套件、四点弯曲夹具套件或小冲孔夹具套件，其中，所述三点弯曲夹具套件的所述定位套套在所述夹具上，所述定位套中间开有长方形小 孔，与所述压杆配合，所述夹具侧面开有小孔，便于与环境气体充分接触；所述四点弯曲夹具套件的所述定位套套在所述夹具上，所述定位套中间开有两个长方 形小孔，与所述压杆配合，所述压杆有两个压头；所述小冲孔夹具套件包括下模和上模，所述下模有外螺纹，与所述上模的内螺纹相配 合，所述下模还有圆形凹孔，用于安放所述微试样，所述下模侧面开有小孔，便于与环境气 体充分接触。
7.如权利要求1所述的微试样蠕变试验系统，其特征在于，所述下支撑杆与所述夹具 通过螺纹连接，所述压杆和所述上支撑杆通过螺纹连接。
8.如权利要求1所述的微试样蠕变试验系统，其特征在于，所述气体为氩气、水蒸汽或 氮气，通过流量计控制流量。
9. 一种微试样蠕变试验方法，其特征在于，包括(a)、将微试样嵌入夹装机构的夹具内，将定位套套在夹具上，将热电偶贴在夹具上；(b)、将石英管从上往下套在下支撑杆上，使气体不能从底部漏出；将上支撑杆从上往 下装入石英管中，使石英管与夹装机构之间形成封闭的空间；(c)、旋转上支撑杆，使压杆嵌入定位套后将上支撑杆固定在上横梁上；(d)、将测力装置调零，微调伺服电机加载装置，使下支撑杆向上移动至试样与压杆接 触时停止，将测距装置调零，设定限位距离和和限位力值；(e)、将气体送入石英管内，将石英管内的空气除去；(f)、开启高温炉，升温；(g)、让伺服电机加载装置加载力；(h)、测力装置和测距装置测试数值。
全文摘要
本发明公开了一种可控试验环境的微试样蠕变试验系统及试验方法，包括主机框架、高温炉、伺服电机加载装置、测距装置、测力装置、冷却系统、夹装机构、石英管、供气装置。伺服电机加载装置设置在主机框架底部，测力装置与伺服电机加载装置连接，置于其正上方；测距装置的传感头套于测力传感器和冷却系统之间；冷却系统置于测力传感器上方；夹装机构置于冷却系统上方，穿过石英管，上端固定在主机框架上端；高温炉套在石英管外，供气装置可通过进气管将气体输送到由夹装机构和石英管构成的空间内。本发明的系统及方法，取材少，可在多种气体环境中进行三点弯曲、四点弯曲和小冲孔蠕变试验，符合实际工况下材料的高温力学性能，整体精度高。
文档编号G01N3/28GK102042939SQ20101052745
公开日2011年5月4日 申请日期2010年10月29日 优先权日2010年10月29日
发明者涂善东, 王正东, 轩福贞, 郎欣 申请人:华东理工大学