一种拉伸扭转复合蠕变试验装置及其使用方法与流程

本发明涉及材料性能测试的技术领域，具体公开了一种拉伸扭转复合蠕变试验装置及其使用方法。

背景技术：

在航空航天、能源和化工等领域，有很多金属零件在高温条件下长期服役，正确有效地评价金属材料的高温性能成为上述工业发展和材料科学研究的主要任务之一。蠕变是金属材料在高温服役条件下的一个重要力学行为，即材料在长时间的恒温、恒载荷(低于屈服强度)作用下发生缓慢塑性变形的现象。材料的蠕变在一定程度上影响着零件的精度和稳定性，因此，有必要对金属材料零件进行蠕变性能试验。然而，常用的蠕变试验设备一般只能开展拉伸条件下的蠕变试验：将待测试材料的两端分别固定在蠕变试验设备的上拉杆和下拉杆上，然后拉动上拉杆或是下拉杆，对待测试材料进行定量拉伸，实现拉伸条件的下的蠕变试验，然而却不能进行拉伸扭转复合条件下的蠕变试验，因此，需要设计一种能够同时进行拉伸扭转复合蠕变的试验装置。

技术实现要素：

本发明意在提供一种拉伸扭转复合蠕变试验装置，以解决相关技术中，蠕变试验设备不能对试件同时进行拉伸扭转复合蠕变试验的问题。

为了达到上述目的，本发明的基础方案为：一种拉伸扭转复合蠕变试验装置，包括安装在上拉杆的固定块，以及安装在下拉杆上的连接块；还包括滚珠丝杠副，滚珠丝杠副包括丝杆和螺母；所述固定块上设有用于安装引伸计的上安装凸台，固定块上设有法兰盘，法兰盘位于上安装凸台的下方，法兰盘开设有若干第一通孔；所述丝杆固定安装于固定块远离上拉杆的一端，丝杆远离固定块的一端悬空，所述螺母靠近固定块的一端开设有若干第二通孔，螺母远离固定块的一端与连接块转动连接；所述连接块上设有用于安装引伸计的下安装凸台。

本基础方案的工作原理及有益效果在于：

1、本基础方案中，将待测试工件的两端分别固定在固定块和螺母上，而螺母与连接块转动连接，因此，在拉动下拉杆的过程中，螺母将会对待测试工件施加向下的拉力以及周向转动的转动力，待测试工件将会同时发生拉伸和扭转，以此实现对待测试工件的拉伸扭转复合蠕变试验，一次性得出待测试工件的拉伸扭转蠕变形变量。

2、本基础方案中的装置是在现有的单向拉伸蠕变试验设备上进行的改进，因此，相较于现有技术中的拉伸扭转复合蠕变试验设备而言，本基础方案中的装置的改造成本低，易于推广使用。

可选地，所述连接块远离下拉杆的一端固定安装有球形万向接头，球形万向接头的球体上设有第一螺纹柱，所述螺母远离固定块的一端的孔内设有与第一螺纹柱配合的螺纹段。

球形万向接头能够360°转动，因此，螺母通过球形万向接头与连接块连接，以此实现螺母转动连接在连接块上，方便螺母转动。

可选地，所述螺母远离固定块一端的侧壁和第一螺纹柱均开设有供止转销穿过的第一销孔。

止转销穿过螺母和第一螺纹柱上的第一销孔，能够锁紧螺母和第一螺纹柱，避免螺母转动的过程中，第一螺纹柱松动，导致第一螺纹柱部分从螺母的螺纹段滑脱，从而确保引伸计测量的拉伸形变量的准确性。

可选地，所述丝杆靠近固定块的一端设有多边形安装部，所述固定块的底端开设有与所述多边形安装部相配合的多边形安装槽，多边形安装槽的侧壁和多边形安装部均开设有供止转销穿过的第二销孔。

首先，利用止转销穿过多边形安装槽和多边形安装部，将丝杆的顶端固定安装在固定块上，避免丝杆发生转动、上下移动；其次，方便将丝杆从固定块上拆卸下来，从而方便安装或拆卸待测试工件；最后，多边形安装槽和多边形安装部的配合，能够进一步在周向上锁紧丝杆，避免丝杆发生转动。

可选地，所述固定块上设有第二螺纹柱，上拉杆上开设有与第二螺纹柱配合的第一螺纹孔，第一螺纹孔的侧壁与第二螺纹柱均开设有供止转销穿过的第三销孔；所述连接块上设有第三螺纹柱，下拉杆上开设有与第三螺纹柱配合的第二螺纹孔。

通过第二螺纹柱和第一螺纹孔的配合，将固定块可拆卸地安装在上拉杆上，通过第三螺纹柱和第二螺纹孔的配合，将连接块可拆卸安装在下拉杆上。并且，通过止转销穿过第一螺纹孔的侧壁和第二螺纹柱的第三销孔，能够防止固定块与上拉杆之间发生相对转动。

可选地，所述滚珠丝杠副的两旁均设有排风管，排风管沿其轴向开设有若干出风口。

从出风口吹出的气流能够加快待测试工件周围空气的流动速度，从而加快待测试工件的散热速度，缩短待测试工件的散热时间。

可选地，所述出风口朝向固定块倾斜设置。

热空气相较于冷空气而言向上流动，因此，当出风口朝向固定块方向倾斜设置时，出风口吹出的气流能够加快热空气流动的速度，从而使得冷空气快速与待测试工件接触，加快待测试工件的散热速度。

可选地，所述第二螺纹孔的侧壁和第三螺纹柱均开设有供止转销穿过的第四销孔。

止转销穿过第二螺纹孔的侧壁和第三螺纹柱上的第四销孔，能够防止连接块与下拉杆发生相对转动。

可选地，所述第一通孔与第二通孔均为螺纹通孔。

当第一通孔与第二通孔为螺纹通孔时，螺钉能够与法兰盘、螺母螺纹连接，从而加强待测试工件与固定块、螺母的连接强度。

本发明还意在提供一种上述拉伸扭转复合蠕变试验装置的使用方法，该方法包括以下步骤：

s1、预加工：在待测试工件的两端加工出若干螺纹孔；

s2、安装待测试工件：丝杆穿过待测试工件，丝杆上的多边形安装部与固定块的多边形安装槽相配合，利用止转销锁紧多边形安装部；利用螺钉穿过法兰盘的第一通孔与待测试工件的上端的螺纹孔配合，将待测试工件的上端固定在固定块上；利用螺钉穿过螺母的第二通孔与待测试工件下端的螺纹孔配合，将待测试工件的下端固定在螺母上；

s3、预紧：拉动下拉杆，预紧待测试工件；

s4、加热：加热使得待测试工件的环境温度上升至400-600℃；

s5、施加额定荷载：拉动下拉杆，对待测试工件施加额定荷载，保持时间≥100h；

s6、卸荷：停止拉动下拉杆，消除额定负载；

s7、降温：降低待测试工件的环境温度；

s8、取件：待环境温度降低至室温后，先将待测试工件的下端脱离螺母，再将待测试工件的上端脱离法兰盘，拉动下拉杆露出丝杆的上端，将多边形安装部脱离多边形安装槽，随后取出待测试工件；

s9、计算并得出结论：整理数据，确定拉伸形变量和旋转形变量，从而计算待测试工件的蠕变形变量。

步骤s1中，在待测试工件的两端加工出若干螺纹孔，是为了使用螺钉将待测试工件的两端分别安装在法兰盘和螺母上。步骤s2中，先将丝杆穿过待测试工件，再将待测试工件的两端分别固定在法兰盘和螺母上，安装方便。步骤s3中，预紧待测试工件，确定引伸计的初始值。步骤s4中，加热使得待测试工件的环境温度上升至400-600℃，模拟工件的工作环境。步骤s5中，对待测试工件施加额定荷载，进行拉伸扭转复合蠕变试验。步骤s6中，施加额定负载100h以上后，消除额定负载。步骤s7中，降低待测试工件的环境温度，以便待测试工件自身的温度能够下降。步骤s8中，当待测试工件的温度降至室温后，先将待测试工件的下端从螺母上拆下，再将待测试工件的上端从法兰盘上拆下，随后拉动下拉杆，使得螺母固定块，待测试工件随螺母向下移动，露出丝杆的上端，将多边形安装部和多边形安装槽处的止转销拔出，取出待测试工件。步骤s9中，整理数据，根据测得的拉伸形变量和旋转形变量计算待测试工件的拉伸扭转复合蠕变形变量。

附图说明

图1为本发明实施例一中一种拉伸扭转复合蠕变试验装置的结构示意图；

图2为实施例一中固定块的仰视图；

图3为本发明实施例二中一种拉伸扭转复合蠕变试验装置的结构示意图；

图4为图3中a的放大示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：固定块1、连接块2、滚珠丝杠副3、丝杆301、螺母302、第二螺纹柱4、第三销孔5、第三螺纹柱6、第四销孔7、上安装凸台8、法兰盘9、第一螺纹通孔10、下安装凸台11、多边形安装部12、多边形安装槽13、第二螺纹通孔14、球形万向接头15、第一螺纹柱16、止转销17、排风管18、出风口19。

实施例一

实施例基本如图1和图2所示：一种拉伸扭转复合蠕变试验装置，包括安装在上拉杆的固定块1、安装在下拉杆上的连接块2，以及滚珠丝杠副3，滚珠丝杠副3包括丝杆301和螺母302。固定块1的顶端一体成型有第二螺纹柱4，上拉杆上开设有与第二螺纹柱4配合的第一螺纹孔(未画出)，第一螺纹孔的侧壁与第二螺纹柱4均开设有供止转销穿过的第三销孔5，以避免固定块1与上拉杆发生相对转动。连接块2的底端一体成型有第三螺纹柱6，下拉杆上开设有与第三螺纹柱6配合的第二螺纹孔(未画出)，第二螺纹孔的侧壁和第三螺纹柱6均开设有供止转销穿过的第四销孔7，以避免连接块2与下拉杆发生相对转动。

固定块1上一体成型有用于安装引伸计的上安装凸台8，固定块1上一体成型有法兰盘9，法兰盘9位于上安装凸台8的下方，法兰盘9开设有若干第一螺纹通孔10。连接块2上一体成型有用于安装引伸计的下安装凸台11。

丝杆301的顶端固定安装于固定块1的下端，丝杆301的下端悬空。具体地，丝杆301的顶端一体成型有多边形安装部12，固定块1的下端开设有与多边形安装部12相配合的多边形安装槽13，多边形安装槽13的侧壁和多边形安装部12均开设有供止转销17穿过的第二销孔。本实施例中，多边形安装部12为五边形安装部，多边形安装槽13为五边形安装槽。

螺母302的上端开设有若干第二螺纹通孔14，螺母302的下端与连接块2转动连接，具体地，连接块2的上端固定安装有球形万向接头15，球形万向接头15的球体上一体成型有第一螺纹柱16，螺母302的下端的孔内设有与第一螺纹柱16配合的螺纹段，螺母302下端的侧壁和第一螺纹柱16均开设有供止转销17穿过的第一销孔。

本实施例中的拉伸扭转复合蠕变试验装置的使用方法包括以下步骤：

s1、预加工：本实施例中的拉伸扭转复合蠕变试验装置适用于中心带通槽的柱状工件，若待测试的工件(柱状工件)没有轴向上的通槽，则需要在待测试工件上加工出轴向上的通槽，随后，在待测试工件的两端分别钻出多个螺纹孔。

s2、安装待测试工件：将待测试工件穿过丝杆301的上端，丝杆301上端的多边形安装部12伸入多边形安装槽13内，利用止转销17插入多边形安装槽13侧壁和多边形安装部12的第二销孔内，以此将丝杆301固定安装在固定块1上；然后，将螺钉旋入法兰盘9的第一螺纹通孔10和待测试工件上端的螺纹孔内，将待测试工件的上端固定安装在法兰盘9上，即将待测试工件的上端固定安装在固定块1上；最后，将螺钉旋入螺母302的第二螺纹通孔14和待测试工件下端的螺纹孔内，将待测试工件的下端固定安装在螺母302上，从而将待测试工件固定安装在固定块1与螺母302之间。

s3、预紧：拉动下拉杆，使得待测试工件受到向下的拉伸力和周向上的扭转力，实现对待测试工件的预紧，以便确定引伸计的初始值。

s4、加热：启动加热机构，使得待测试工件的环境温度上升至400-600℃，模拟待测试工件的工作环境。

s5、施加额定荷载：拉动下拉杆，对待测试工件施加额定荷载并保持100h以上。过程中，下拉杆向下移动，带动连接块2向下移动，从而带动螺母302向下移动，对待测试工件施加向下的拉伸力，使得待测试工件发生拉伸形变。而在螺母302向下移动的过程中，由于丝杆301固定不动，因此，螺母302将会发生转动，从而带动待测试工件的下端扭转，使得待测试工件受到周向上的扭转力而发生扭转形变。

s6、卸荷：达到预定测试时间后，不再对下拉杆施加拉力，从而使得待测试工件不再受到拉伸力和扭转力。

s7、降温：待测试工件自然降温。

s8、取件：待测试工件的温度降低至室温后，先将待测试工件的下端与螺母302上的螺钉旋出，将待测试工件的下端从螺母302上拆下，再将待测试工件的上端与法兰盘9上的螺钉旋出，将待测试工件的上端从法兰盘9上拆下，然后，拉动下拉杆，直至露出丝杆301的上端，将多边形安装部12和多边形安装槽13上的止转销17抽出，将丝杆301的上端从固定块1上拆下，向下移动丝杆301，以便将待测试工件取出。

s9、计算并得出结论：整理数据，根据引伸计记录竖直方向上的拉伸位移数据，通过丝杆301的导程公式可以计算出带测试工件在特定拉伸变形条件下产生的旋转变形角度，从而确定零件的拉伸和旋转两个方面的初始应变量，从而获得待测试工件的蠕变形变量。

本实施例中的拉伸扭转复合蠕变试验装置能够基于常用的单向拉伸电子式蠕变试验机上进行改进，通过丝杆301螺纹导程与扭转角度之间的关系，由直线运动的变形数据确定扭转运动的变形数据，实现在拉伸蠕变试验机上进行拉伸扭转复合蠕变试验，改造成本低，易于大规模推广使用。

实施例二

本实施例与实施例一的不同之处在于：如图3和图4所示，滚珠丝杠副3的两旁均设有排风管18，排风管18顶端封口，排风管18沿其轴向开设有若干出风口19，出风口19朝上倾斜设置。排风管18与鼓风机相连通。

本实施例中，拉伸扭转复合蠕变试验装置的使用方法中，步骤s7中，待测试工件降温时，开启鼓风机，将外界空气鼓入排风管18内，外界空气的温度小于待测试工件的温度，因此，外界空气从出风口19流出后，与待测试工件接触时将会带走热量，加快待测试工件的降温速度，从而缩短待测试工件的降温时间。另外，出风口19朝上倾斜设置，于是，外界空气经出风口19流出时的方向为斜向上，因此，能够加快热空气的流速，缩短热空气在待测试工件附近停留的时间。并且，由于出风口19沿排风管18的轴向设置，因此，待测试工件的各个部位均能接触到新的外界空气，从而使得待测试工件各个部位的降温速度趋于一致，有利于待测试工件的均匀降温。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和本发明的实用性。