一种棒状试件的高温扭转疲劳试验夹具及使用方法与流程

1.本发明涉及金属材料疲劳试验技术领域，具体涉及一种棒状试件的高温扭转疲劳试验夹具及使用方法。


背景技术：

2.常规的棒状试件的扭转疲劳试验只需要将试件两端通过夹具安装在疲劳试验机的两端夹头上即可，但当需要在试件高温下进行扭转疲劳试验时，就存在以下问题
3.第一，在进行扭转疲劳试验时，因夹具本身的多个零部件与试件之间一般都是通过螺纹连接，而螺纹连接的方式容易在扭转试验过程中发生松动。
4.第二，因高温扭转试验进行时，需要使得试件受热均匀，但试件与试验机夹头连接，连接即存在导热，在该导热情况下使得试验机夹头附近的传感器损坏。
5.第三，现有的夹具上零部件较多，尺寸较大，对于尺寸小的高温加热炉并不适用，使得夹具的通用性较差。


技术实现要素：

6.本发明意在提供一种棒状试件的高温扭转疲劳试验夹具，以解决现有技术中高温扭矩疲劳试验存在的夹具与试件连接松动和夹具通用性差的问题。
7.为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
8.一种棒状试件的高温扭转疲劳试验夹具，包括螺纹连接在试件两端的结构相同的连杆，连杆与试件连接的一端设有连接试件的内螺纹孔，连杆的另一端设有用于与试验机夹头连接的夹块；还包括能够螺纹连接在试件上的螺母，螺母能够与内螺纹孔的端面相抵。
9.本方案的原理及优点是：实际应用时，在正式进行扭转疲劳试验前，可以先在螺母上施加大于试验最大载荷的扭矩，使得螺母完全锁紧，确保试件与连杆的连接在后续的扭转疲劳试验中不会发生松动。而在试验时，因试验机夹头与试件之间通过连杆实现连接，使得试件能够全部放置在高温加热炉内，确保试验过程中试件的温度均匀性，而连杆部分放入到高温加热炉内，部分能够伸出加热炉外而与试验机夹头连接，连杆伸出的一段能够方便采用其他方式进行冷却，进而确保试验机夹头附近的传感器的正常工作。
10.此外，本方案在连杆上设有夹块，使得疲劳试验机的夹头夹住夹块即可，方便连杆直接与疲劳试验机的夹头形成快速的连接，又能方便疲劳试验机在施加扭矩的时候，通过夹块将扭矩通过连杆传递到试件上，实现高温扭转疲劳试验。
11.除此之外，本方案的试验夹具结构精简，扭矩传递直接经过连杆即传递到试件上，避免了因扭矩到达试件前的零件过多而影响试验精准性的问题。而试验夹具精简此外还具有成本低、尺寸小的优势，在尺寸小的前提下，使得本方案的试验夹具能够适用更多尺寸的高温加热炉，提高了试验夹具在扭转疲劳试验上的通用性和适用性。
12.优选的，作为一种改进，所述连杆上设有横截面的外轮廓呈腰型/三角形/多边形的夹持部。
13.有益效果：本方案通过对夹持部的设计，使得扳手或者其他夹紧工具能够夹紧在连杆的夹持部上，方便操作人员一只手利用扳手夹紧连杆，另一只手旋拧螺母，方便人工以更加方便的方式将螺母抵紧在连杆的内螺纹孔端面。
14.优选的，作为一种改进，所述连杆上设有至少一个冷却孔，冷却孔靠近试验机夹头，试件两端的连杆上的冷却孔之间的间距大于加热炉的尺寸，使冷却孔在疲劳试验时位于加热炉外部。
15.有益效果：位于加热炉外部的连杆上的冷却孔，使得冷却介质能够在冷却孔上流通，进而能阻断加热炉内高温借助试件、连杆蔓延至疲劳试验机夹头。
16.优选的，作为一种改进，所述试件两端连杆上的冷却孔均与同一个冷却机连通。以方便通过一个冷却机实现流经冷却孔的冷却介质的循环，有效减少能耗，降低加热炉的热量对冷却效果的干扰程度。
17.优选的，作为一种改进，所述试件采用实心棒状试件。由于大多数待使用棒状物通常为实心圆棒，因此采用实心棒状试件进行试验，相比空心棒状试件的扭转疲劳试验效果更精确，贴合实际，而且为了保证空心棒状试件与实心棒状试件的横截面积一致，空心棒试件外径相比实心棒试件外径更大，将会影响扭转疲劳试验结果。
18.优选的，作为一种改进，所述连杆采用实心金属材料。有利于增加连杆的强度。
19.另一方面，本发明还提供一种棒状试件的高温扭转疲劳试验夹具的使用方法，包括如下步骤：
20.步骤s1、组装高温扭转疲劳试验夹具：取高温扭转疲劳试验夹具的连杆和螺母，先在试件两端旋拧螺母，然后在旋有螺母的试件螺纹段上旋拧连杆，试件连接在连杆的内螺纹孔上，然后旋拧螺母直至螺母抵住连杆的内螺纹孔端面；接着分别夹持连杆和螺母，并进行旋拧，使得施加在螺母上的扭矩大于扭转疲劳试验的最大扭矩；
21.步骤s2、将上述带有试件的高温扭转疲劳试验夹具的两个连杆上的夹块分别夹紧在疲劳试验机的夹头上；
22.步骤s3、闭合加热炉，使得试件完全置于加热炉内，而连杆从加热炉内伸出的一段与疲劳试验机的夹头连接；启动加热炉，对试件进行升温直至达到试验温度后进行保温，使试件温度均匀；
23.步骤s4、启动疲劳试验机，开启扭转疲劳试验。
24.有益效果：本方案通过在步骤s1中对螺母和连杆的连接进行预先旋拧，也即在正式进行扭转疲劳试验前(也即步骤s4前)，先施加了大于试验最大载荷的扭矩，使得螺母完全锁紧在连杆上，确保试件与连杆的连接在后续的扭转疲劳试验中不会发生松动，且试验过程通过试验夹具使得试件全部置于加热炉内，确保了试验过程试件的温度均匀一致性，因此本方案保障了扭矩疲劳试验的精准性。此外，本方案的试验夹具结构精简，方便拆装。
25.优选的，作为一种改进，在进行步骤s3之前，使得夹具的连杆上设有冷却孔，冷却孔靠近连杆上的夹块，试验时向冷却孔内通过冷却机输入流动的冷却介质，以阻断高温沿连杆向疲劳试验机夹头的传递。
26.优选的，作为一种改进，两个所述连杆上的冷却孔通过冷却管形成连通，使冷却孔之间形成串联连通，方便通过同一个冷却机对所有冷却孔进行循环流动冷却，提高冷却效果的同时降低能耗。
27.优选的，作为一种改进，所述步骤s3中，在加热炉与连杆之间的缝隙位置设置石棉。
附图说明
28.图1为本发明实施例的结构示意图。
29.图2为本发明实施例中连杆的示意图，其中(a)为轴测图，(b)为仰视图，(c)为左视图。
具体实施方式
30.下面通过具体实施方式进一步详细说明：
31.说明书附图中的附图标记包括：试件1、连杆2、冷却孔21、夹块22、夹持部23、夹头3、螺母4。
32.实施例基本如附图1和图2所示，一种棒状试件的高温扭转疲劳试验夹具，包括安装在实心圆棒试件1两端头的连杆2和螺母4，实心圆棒试件1两端均成型有外螺纹段。
33.连杆2采用实心金属材料制成。
34.连杆2一端成型有与实心圆棒试件1端头螺纹连接的内螺纹孔、另一端成型有安装在疲劳试验机夹头3处的夹块22。本实施例中夹块22呈扁状的夹板，方便连杆被疲劳试验机的夹头3所夹持。
35.连杆2杆身靠近内螺纹孔端头的位置加工有方便扳手卡紧固定的夹持部23，夹持部23的横截面外轮廓呈腰型或三角形或多边形，本实施例的附图中，以正方形为例，夹持部23呈腰型、三角形、长方形、五边形、六边形等不再一一附图，其中腰型、长方形、六边形的夹持部23是目前技术下使用扳手非常方便夹持的结构。
36.连杆2杆身靠近夹块22的一段上加工有两个并列的冷却孔21，相邻冷却孔21之间通过管道连通，上下设置的连杆2上的冷却孔21则通过冷却管连通实现所有冷却孔21的串联，串联后的冷却孔21与同一个冷却机连通，方便通过同一个冷却机对冷却孔内循环输入冷却介质。
37.分别位于实心圆棒试件1两端头的冷却孔21上下之间距离大于中部加热炉的高度，以方便疲劳试验时，实心圆棒试件1整个至于加热炉内，而连杆2的部分从加热炉内伸出。在冷却机带动两个连杆2的循环冷却过程中，能够阻断加热炉内高温借助实心圆棒试件1、连杆2蔓延至疲劳试验机夹头3上。本实施例冷却机采用水冷机，冷却介质采用冷凝水。
38.一种棒状试件的高温扭转疲劳试验夹具的使用方法，包括如下步骤：
39.步骤一、组装高温扭转疲劳试验夹具：采用上述的棒状试件的高温扭转疲劳试验夹具，先将实心圆棒试件1的一端通过螺纹拧入螺母4，直到螺母4旋到实心圆棒试件1的螺纹最内侧但不拧紧，然后将试件1的该端旋入连杆2的内螺纹孔内；接着将连杆2的夹持部23用扳手卡紧，借助另一个扳手卡紧螺母4，向其中一个扳手施加外力，或者给两个扳手施加相反方向的力，使得施加在螺母4上的扭矩大于扭转疲劳试验最大扭矩20nm。保障后续扭转疲劳试验时连杆2与实心圆棒试件1的连接不会出现松动。将实心圆棒试件1的另一端以上述同样方式安装进连杆2的内螺纹孔。
40.步骤二、将上述带有实心圆棒试件1的高温扭转疲劳试验夹具的两个连杆2上的夹
块22分别夹紧在疲劳试验机的夹头3上。
41.步骤三、启动冷却机，使得冷却介质在串联的冷却孔内循环流动，通过冷却孔21之间绕开加热炉的冷却管的设置，确保冷却过程的冷却效率不受影响；而冷却孔21上通入的冷却介质，能够阻断加热炉内高温借助实心圆棒试件1、连杆2蔓延至疲劳试验机夹头3上。
42.步骤四、闭合加热炉，并在加热炉与试验夹具之间缝隙比较大的地方塞入石棉加强保温，接着启动加热炉进行加热，使实心圆棒试件1及部分连杆2从常温达到试验设计温度(如800℃)并保温(如保温40min～60min)，使其实心圆棒试件1温度均匀。
43.步骤五、调整好试验参数，然后启动疲劳试验机，扭矩通过疲劳试验机夹头3传递给连杆2，连杆2通过螺纹连接将扭矩传递给实心圆棒试件1，从而实现了扭转疲劳试验载荷的施加，完成棒状试件的高温扭转疲劳试验。
44.本实施例的高温扭转疲劳试验夹具结构精简，使得试验前后拆装简单方便，且试验过程中，因在螺母4上预先施加了大于试验最大载荷的扭矩，使得螺母4完全锁紧，确保实心圆棒试件1与连杆2的连接在后续的扭转疲劳试验中不会发生松动。本实施例能够使得实心圆棒试件1全部至于高温加热炉内，确保试验过程中实心圆棒试件1的温度均匀性，而连杆2部分放入到高温加热炉内，部分能够伸出加热炉外而与试验机夹头3连接，且伸出加热炉的部分能够在冷却孔21、冷却机的配合下实现冷却，进而阻断了热量向疲劳试验机夹头3的传递，保障了试验机夹头3附近的传感器的正常工作。
45.此外，本实施例在连杆2上设有夹块22，使得疲劳试验机的夹头3夹住夹块22即可，方便连杆2直接与疲劳试验机的夹头3形成快速的连接，又能方便疲劳试验机在施加扭矩的时候，通过夹块22将扭矩通过连杆2传递到实心圆棒试件1上，实现高温扭转疲劳试验。
46.除此之外，本实施例的试验夹具结构精简，扭矩传递直接经过连杆2即传递到实心圆棒试件1上，避免了因扭矩到达实心圆棒试件1前的零件过多而影响试验精准性的问题。而试验夹具精简此外还具有成本低、尺寸小的优势，在尺寸小的前提下，使得本实施例的试验夹具能够适用更多尺寸的高温加热炉，提高了试验夹具在扭转疲劳试验上的通用性和适用性。
47.以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体技术方案和/或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，在不脱离本发明技术方案的前提下，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专利的实用性。本技术要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。