一种弯曲横梁应力腐蚀试验的装置和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及研究金属(包括合金，也可用于其他材料)应力腐蚀行为的试验方法和装置技术领域，具体涉及一种弯曲横梁应力腐蚀试验的装置和方法，适用于流体环境下的应力腐蚀行为研究。
【背景技术】
[0002]应力腐蚀，是近现代工业中最常见的环境失效形式之一，常常会引起重大的事故。而应力腐蚀开裂是由敏感的材料结构、应力和腐蚀性介质的共同加速作用下的腐蚀行为造成的一个由局部缺陷萌生到缓慢稳态扩展的过程。其影响因素离不开三个重要条件，即敏感的材料结构和性能、复杂应力和腐蚀环境。
[0003]目前公知的关于应力腐蚀敏感性的评价，系列GB/T15970 “金属和合金的腐蚀应力腐蚀试验”记载了多种试验方法，如:弯梁试验、U型弯曲试验、单轴加载拉伸试验、C型环试验、慢拉伸试验等。而这些试验均有各自的缺点。在有的试验中，比如弯梁试验和U形弯曲试验，由高强材料制成的弯梁试样会快速破断，碎块以高速飞出，极其危险，安装和检测试样的人员必须采取相应保护措施免受伤害。另外，弯梁试验，其不同次试验的稳定性难以保证，而且变形量一般只能在样品材料的弹性范围内，超出弹性变形，其试验结果难以控制。U形弯曲试验，虽然比较简单，但其变形大，试验不稳定，试样成型后极有可能出现裂纹，从而对后来的应力腐蚀试验造成误导，而且U形弯曲试验也不能控制不同次试验间的稳定性，这些因素导致其评价应力腐蚀敏感性能力受限。单轴加载拉伸试验，虽然可以定量的研究应力腐蚀，但每次试验只能进行一个样品，试验麻烦而且效率低下。
【发明内容】
[0004]为减少现有应力腐蚀试验的危险性，减少前期操作的误导作用，克服不同样品之间施加应变的不稳定性问题，对样品施加固定的应变，增加试验简便性，提高试验效率，提高应力腐蚀敏感性评价能力，本发明提供一种弯曲横梁应力腐蚀试验的装置和方法，即一种带缝隙的弯梁试验，可有效评估材料的应力腐蚀敏感性，包括样品成分、微观组织、应力状态或腐蚀环境等因素的变化对应力腐蚀敏感性的影响。
[0005]为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下:
[0006]—种弯曲横梁应力腐蚀试验的装置，该装置包括制样夹具和试验夹具，制样夹具用于制备应力腐蚀试验所需试样，试验夹具用于应力腐蚀试验，其中:
[0007]所述制样夹具是由至少一个凹形夹具1、至少一个凸形夹具I和两个加载螺栓组成；所述凹形夹具I的凹面与凸形夹具I的凸面都为弧形面，凹形夹具I和凸形夹具I配合使用时其弧形面的圆心重合，并在弧形面之间形成弧形空隙，相配合的两个弧形面的半径差值与样品厚度一致；所述凹形夹具I与凸形夹具I通过所述加载螺栓相配合使用，具体为:所述凹形夹具I与凸形夹具I的两侧分别设置螺栓孔，螺栓孔的中心轴重合且大小相同，通过螺栓孔与所述加载螺栓的连接使凹形夹具I与凸形夹具I配合使用。
[0008]所述试验夹具是由至少一个凹形夹具I1、至少一个凸形夹具II和两个加载螺栓组成；所述凹形夹具II的凹面与凸形夹具II的凸面都为弧形面，凹形夹具II和凸形夹具II配合使用时其弧形面的圆心重合，并在弧形面之间形成弧形空隙；相配合的两个弧形面的半径差值与样品厚度一致；所述凹形夹具II的弧形面中间位置设有凹槽，凹槽距该凹形夹具II弧形面的最小距离为5mm。所述凹形夹具II与凸形夹具II通过所述加载螺栓相配合使用，具体为:所述凹形夹具II与凸形夹具II的两侧分别设置螺栓孔，螺栓孔的中心轴重合且大小相同，通过螺栓孔与所述加载螺栓的连接使凹形夹具II与凸形夹具II配合使用。
[0009]所述试验夹具其凸形夹具II的弧形面上能够同时并排放置多个试验样品。
[0010]所述试验夹具中的凸形夹具II可与制样夹具中的凸形夹具I相同，也可单独设
i+o
[0011]所述样品厚度是指样品实际厚度或者样品实际厚度与实验用辅助材料的总厚度；所述辅助材料是指为防止原电池效应而使用的电绝缘材料或者为防止表面破坏而选用的保护表面材料或者其他用途材料。
[0012]所述试验夹具的材质可与实验样品材质相同；如果试验夹具的材质与实验样品材质不同时需选取电绝缘措施，或者在实验中设有对比试验，以排除夹具对试验结果的影响。
[0013]所述制样夹具和试验夹具的弧形面半径根据实验时所选取的材料应变量确定，具体是通过有限元方法或估算法计算得出；所述制样夹具和试验夹具的尺寸(弧形面的长度、夹具整体长宽高、螺栓的尺寸)根据实验时样品尺寸确定。
[0014]本发明夹具设计并不局限于上述外部特征，也可以多个样品同时在一套夹具上使用。
[0015]本发明利用上述装置进行弯曲横梁应力腐蚀试验的方法，包括如下步骤:
[0016](I)实验样品准备:
[0017]进行实验前应根据材料的实际情况，选取合适的表面应变量，确定样品尺寸；本发明试验样品尺寸为长X宽X高=(30-40)mmX (8-12)mmX2mm，优先选择的应变量为1%、2%或 3%。
[0018]所述的样品准备是指将条状样品制取成弯曲状样品，具体为:将条状样品置于制样夹具的凹形夹具I和凸形夹具I之间的弧形空隙中，然后将加载螺栓安装到凹形夹具I和凸形夹具I两侧的螺栓孔上，两侧同步拧紧加载螺栓，这样施加的力可以从制样夹具上传递到样品上，使条状样品按照制样夹具上的弧形空隙的形状产生均匀变形，保持30s-5min后，卸载加载螺栓取出样品。
[0019](2)应力腐蚀实验:
[0020]将弯曲状样品放到试验夹具上的弧形空隙中，同步拧紧试验夹具上的加载螺栓，在加载螺栓压实后，整体放入腐蚀环境中，进行应力腐蚀试验，试验结束后，卸载加载螺栓，取出样品。
[0021](3)应力腐蚀性能评价:
[0022]通过对样品上的腐蚀位置进行表面形貌观察和横截面观察，得出样品的应力腐蚀开裂萌生及扩展情况，从而判断出样品的应力腐蚀性能。
[0023]本发明原理如下:
[0024]1、本发明提供实现应力加载的方法如下:首先根据材料的实际情况，选取合适的表面应变量，计算试验时所需要的圆弧半径。然后通过加载螺栓施加力使样品表面产生均匀变形，施加力时应注意保持左右两边的螺栓同步进行，保持一段时间后，卸载加载螺栓。然后将样品放到应力腐蚀实验夹具上，压实加载螺栓后，可以保持整个试验过程中样品表面一直处于拉应力状态。
[0025]2、本发明提供实现腐蚀环境的方法如下:在试验夹具的凹形夹具上设有凹槽，这样整体放入腐蚀环境中时，腐蚀介质可以进入凹槽中，可以与样品表面充分作用。
[0026]3、本发明提供的应力腐蚀敏感性评判如下:通过对样品表面形貌观察和横截面分析等，得出样品的应力腐蚀开裂萌生及扩展情况，从而判断出样品的应力腐蚀性能。
[0027]本发明的有益效果是:
[0028]1、本发明所用的样品至始至终被夹具包围，不会因材料发生崩裂而造成事故，减少目前已有应力腐蚀试验的危险性。
[0029]2、本发明可以在实验前通过设定适当的变形量，防止样品制备过程中，因变形而导致裂纹出现，可有效减少前期操作的误导作用。
[0030]3、本发明所提供的试验方法和装置，可以在同一个夹具上进行多个样品的试验，提高了试验效率。
[0031]4、本发明所提供的试验方法和装置，通过提前设定好应变值，可以保证每次每个样品在整个试验过程中保持相同的应变，这种方法可以非常有效地增加试验稳定性和简便性，提高试验效率，提高应力腐蚀敏感性评价能力。
[0032]5、本发明所提供的带缝隙的弯曲横梁试验以用于应力腐蚀试验，增加了评价材料应力腐蚀性能的途径。
【附图说明】
[0033]图1是本发明实施例1中的制样夹具在制取样品前结构示意图；其中:(a)正侧图;(b)侧视图；(c)俯视图。
[0034]图2是本发明实施例1中设计夹具圆弧半径时的参考图。
[0035]图3是本发明中实施例1中试验夹具结构示意图。
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