[发明专利]一种多头微型试样蠕变试验装置及测试方法

权利要求书

1.一种多头微型试样蠕变试验装置，其特征在于，所述的装置包括外部支架、加载系统、测量系统、装夹系统和加热及温控系统；所述的外部支架包括一个底座(23)，连接在底座(23)上的四根支柱(3)，上盖板(5)由四根支柱(3)支撑；所述的加热及温控系统包括一台带有温控仪(1)的加热炉(4)，通过炉架(22)固定在外部支架的底座(23)上，热电偶(2)固定在所测试的微式样(30)上；所述的加载系统包括，安装于外部支架的上盖板(5)上的导向套(12)，由导向套锁紧螺母(13)紧定，至少两根压杆(14)，压杆(14)的上端穿过导向套(12)与砝码托盘(11)螺纹连接，导向套(12)与砝码托盘(11)配合，压杆(14)的下端伸入高温炉(4)内与压头(15)接触；所述的测量系统包括固定在上盖板(5)上的两根支撑杆(6)，由传感器卡板(7)将位移传感器(8)装夹在测量支撑杆(6)上，测量板(10)安装在砝码托盘(11)上并随砝码托盘(11)上下移动，位移传感器(8)的探头垂直接触于砝码托盘(11)上的测量板(10)上，位移传感器(8)通过电缆与工控机(38)的数据采集卡上；所述装夹系统包括一个下端固定在底座(23)上的支柱(21)，支柱(21)的上端伸入加热炉(4)内通过螺纹及平键(20)与组合夹具(26)连接，所述的组合夹具(26)包括一个底盘(17)，至少一对夹具以圆心为对称点沿圆周均匀分布设置在底盘(17)上，所述的夹具包括以下三种结构：

第一夹具(33a)包括一个导向上模(25)由锁紧螺钉(24)固定在底盘(17)上，底盘(17)上开有底盘凹槽(35)，还包括一个压紧上模(16)与底盘(17)螺纹连接，微试样(30)的一端由压紧螺钉(27)紧固在底盘凹槽(35)的槽壁上，微试样(30)的另一端悬空放置于底盘凹槽(35)内由一只下端穿过导向上模(25)的压头(15)顶紧，压头(15)的上端顶紧压杆(14)，压头(15)的下端为半圆柱面。

第二夹具(33b)包括一个导向上模(25)由锁紧螺钉(24)固定在底盘(17)上，底盘(17)上开有底盘凹槽(35)，导向上模(25)与底盘凹槽(35)相对应的底面部分，开有一个和底盘凹槽(35)相应的上凹槽(36)，微试样(30)由两根支撑辊子(31)支撑置于底盘凹槽(35)内，设置一只或两只压头(15)，其下端穿过导向上模(25)顶紧微试样(30)，压头(15)上端顶紧压杆(14)，压头(15)的下端为半圆柱面；

第三夹具(33c)包括一个导向上模(25)由锁紧螺钉(24)固定在底盘(17)上，底盘(17)上开有底盘凹槽(35)，导向上模(25)与底盘凹槽(35)相对应的底面部分，带有一个和底盘凹槽(35)相配合的凸台(37)，微试样(30)放置于底盘凹槽(35)内，陶瓷小球(39)置于微试样(30)上，设置一只压头(15)，其下端穿过凸台(37)中间顶紧陶瓷小球(39)，压头(15)上端顶紧压杆(14)，压头(15)为一中空管，管的内径不大于陶瓷小球(39)的直径。

2.如权利要求1所述的多头微型试样蠕变试验装置，其特征在于，所述的第三夹具(33c)的底盘凹槽(35)贯通底盘(17)，在底盘(17)的底部贯通处设有一堵头(41)与底盘(17)螺纹连接。

3.如权利要求1所述的多头微型试样蠕变试验装置，其特征在于，所述的第一夹具(33a)、第二夹具(33b)、第三夹具(33c)可以分别或组合成对安装在底盘(17)上。

4.一种采用如权利要求1所述的多头微型试样蠕变试验装置的测试方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

(1)将微试样分别装入第一夹具(33a)、第二夹具(33b)、第三夹具(33c)的底盘凹槽(35)内，利用第一夹具(33a)测试悬臂微型试样、第二夹具(33b)测试三点弯和四点弯微型试样、第三夹具(33c)测试小冲杆微型试样，将第一夹具(33a)内的微试样用压紧上模(16)压紧，安装导向上模(25)，将第二夹具(33b)、第三夹具(33c)的导向上模(25)安装好；

(2)安装组合夹具(26)：将所述的第一夹具(33a)、第二夹具(33b)、第三夹具(33c)分别或组合地成对安装在底盘(17)上；

(3)将组合夹具(26)与立柱(21)连接，安装热电偶(2)；

(4)安装压头(15)、压杆(14)和砝码托盘(11)，调整立柱(21)的相对位置，使压杆(14)、压头(15)接触；

(5)安装位移传感器(8)，使位移传感器(8)的探头压紧在砝码托盘(11)的测量板(10)上，并将位移传感器(8)置零；

(6)开启高温炉(4)，升温、加热至试验温度300～1000℃，并保温1～2小时；

(7)温度稳定后，逐级、平稳地施加砝码(9)，待载荷施加完毕后，再次将位移传感器置零；

(8)开启工控机数据采集软件，实时记录位移数据；

(9)导出后台记录数据，绘制位移-时间曲线d-t曲线，求取载荷P所对应的稳态蠕变位移速率并将稳态蠕变位移速率与载荷P绘于双对数坐标系，拟合得到关系式中N和n值；分别通过针对三点弯微试样、四点弯微试样、悬臂梁微试样测试的平面假设、梁模型，以及针对小冲杆微试样测试的薄膜伸张模型，推出N＝Bf(n)，其中B为蠕变系数，n为蠕变应力指数，n的值取关系式中n值，由此获得描述材料蠕变的Norton方程