[发明专利]一种多头微型试样蠕变试验装置及测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型测试材料高温蠕变性能的装置，尤其是一种多头微型试样蠕变试验装置及测试方法。 

背景技术

石油、化工、航空航天和核电等行业中有许多金属结构长期在高温环境下工作，蠕变是这些高温结构破坏的主要形式，应用高温结构完整性理论，准确评价在役高温构件的剩余寿命，对于保证高温承载构件的安全服役具有重要的意义。 

预测这类结构的安全性和剩余寿命的基本前提是获得这些在役构件的高温性能参数。常用方法是通过标准试样单轴蠕变试验获取这些参数，但标准试样尺寸较大，往往需要较多材料，大量取材会对原设备带来破坏，影响设备的正常运行；对于管状构件(换热管、炉管)或某些微小装置，可取试样体积太小，无法满足传统试验对试样尺寸的要求，从而导致试验无法进行。而非标准的微型试样应力状态复杂，更能反映构件的真实受力情况，因此采用微型试样进行试验是较为理想的方法。 

小冲杆蠕变试验方法是目前研究较多的微试样蠕变试验方法，取材少，兼具无损(或半无损)和取样方便的双重优势，是一种既经济又有效的安全检测手段。但是，小冲孔蠕变试验的试验结果受夹具、冲头尺寸等外部因素的影响较大，使得小冲孔蠕变试验的数据匮乏，尤其是缺乏长时蠕变试验数据；另外，各国研究者在所用试样、加载方式上存在差异，使得试验数据无法进行比较。这些对于研究小冲杆蠕变试验同传统单轴蠕变试验的关联方面非常不利。 

三点弯曲和四点弯曲试验，试样简单、操作方便，通过弯曲蠕变试验的数据，可转换得到等效的单轴拉伸试验的应力和应变、评估材料的蠕变活化能Q、研究弯曲试样的显微结构并分析材料蠕变力学性能，但通过微试样的弯曲蠕变试验获取的材料高温性能数据却较少。 

目前微试样蠕变试验大多是在传统单轴蠕变试验机上，通过改进或设计专用夹具来实现蠕变试验。对于微试样蠕变试验，所需试验载荷较小，处于传统蠕变试验机的载荷控制下限，原有的载荷控制误差对微试样的影响将大于对传统大尺寸试样的影响；同时，目前微试样蠕变试验装置一次只能进行一个试样的蠕变试验，所需试验时间较长、试验成本高，且不能保证每次试验时试样所处环境一致，增加了系统误差的变量个数，降低了试验数据的可比性。 

发明内容

本发明的目的旨在克服上述存在的问题，提供一种测试材料蠕变性能的多头微试样蠕变试验装置及测试方法。 

本发明是通过以下技术方案实现的： 

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带有温控仪1的高温炉4，通过炉架22固定在外部支架的底座23上，热电偶2固定在所测试的微试样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穿过导向套12与砝码托盘螺纹连接，砝码托盘与导向套配合，砝码托盘11与导向套12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的数据采集卡连接；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；