[发明专利]深冷环境材料力学性能检测试验装置

说明书

技术领域

本发明涉及材料力学性能测试领域，具体涉及一种深冷环境下材料力学性能的测试试验装置。

背景技术

深冷环境下材料的力学性能是航空航天、超导、化工以及能源储运等行业领域关注的一个重点。深冷环境对材料力学性能的影响及其机理十分复杂，以低温工程和承压设备行业中常见的奥氏体不锈钢材料为例，低温对于其强度、韧性以及疲劳等力学性能等都会产生影响，其影响的机理尚不明确，可能包括低温下材料位错运动激活能的降低以及堆垛层错能等因素的影响。

深冷材料试验是获取材料低温力学性能数据的必要手段，这也对材料试验装置提出了更高要求。目前试验设备实现低温试验能力的方式一般为通用拉伸试验机的基础上添加采用液氮气化制冷的低温环境箱的形式，控制方式分为横梁位移控制和引伸计控制。也有部分试验机可进行液氮环境下的试验，但仅能使用横梁位移控制，且试验能力有限。另外，低温环境箱和试验机的疲劳功能结合较为困难。因此，现有深冷材料试验装置在试验温度范围、控制及检测精度方面无法同时满足深冷环境材料拉伸及疲劳试验的要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有试验装置存在的不足，提供一种可实现从常温到液氮温度、可全程实现引伸计控制的材料单轴拉伸及疲劳试验装置。

为解决技术问题，本发明的技术方案是：

提供一种深冷环境材料力学性能检测试验装置，包括：试验机控制系统、数据检测系统、低温恒温系统以及试验机主体，试验机控制系统包括连接至计算机的电子伺服控制器； 所述试验机主体由液压源和双柱机架组成；其中，双柱机架包括固定设置于底座上的两根立柱，装有作动器的横梁经两个通孔套设于两根立柱上；横梁的两端分别固定在竖向的提升筒上，提升筒下端抵在底座上；横梁上与拉伸杆之间安装有载荷传感器，所述作动器和提升筒与液压源相接；

所述低温恒温系统有两套且能相互切换使用，分别是液氮气化制冷系统和液氮直接制冷系统，其中，

液氮气化制冷系统包括接于双柱机架底座的环境箱、温度控制器及热电偶；环境箱顶部和底部均开孔，所述的拉伸杆从环境箱顶部开孔伸入环境箱内部，还有另一根拉伸杆从环境箱底部的开孔伸入环境箱内部，两根拉伸杆相对设置且其端部均设有夹具；所述双柱机架的底座上设导轨，所述液氮气化制冷系统环境箱底部设有与该导轨相匹配的卡装部件，环境箱通过导轨与底座实现连接且能沿导轨前后移动；环境箱内设两个热电偶，一个置于环境箱内部空间内并连接至温度控制器用于环境箱温度反馈控制，另一个紧贴试样以准确获得试样温度；

液氮直接制冷系统包括通过平台置于双柱机架底座上的环境箱，该环境箱是一个盛装液氮或液氦的容器，其容器盖上设有开孔；拉伸杆和两根接于迷你机架的迷你机架反向杆分别经开孔伸入环境箱内部，迷你机架与环境箱的内壁不接触；两个相对设置的夹具分别安装在拉伸杆一端和迷你机架上。 

本发明中，在所述液氮气化制冷系统和液氮直接制冷系统的环境箱内设有能工作于深冷环境的引伸计。

本发明中，所述液氮直接制冷系统包括用于向环境箱内通入液氮的金属软管，其底部设有能使液氮稳定流出的相分离器。

本发明中，所述液氮直接制冷系统的环境箱置于电子秤之上，其容器盖上设有用于通过测量液位用刻度尺的开孔。

本发明中，所述作动器位于横梁的上方或下方；作动器位于横梁的一侧，而所述拉伸杆及环境箱则位于横梁的另一侧。

本发明的有益效果是：

与其他现有装置相比，该装置可以实现从常温到零下185℃以及液氮温度下的材料拉伸及疲劳试验，可方便地实现液氮气化制冷和液氮直接制冷两种方式的切换，具有试验温度范围大，检测精度高等优点。

附图说明

图1是深冷环境材料力学性能检测试验装置构成示意图。

图中：实线箭头表示控制信号的传递，虚线箭头表示反馈信号的传递。

图2是采用液氮气化制冷时机架及环境箱部分结构示意图。

图中：位移传感器1、立柱2、作动器3、横梁4、提升筒5，载荷传感器6、环境箱（液氮气化制冷）7、夹具8、拉伸杆9、导轨10、底座11、温度控制器12、热电偶a 13、引伸计14、热电偶b 15。

图3是采用液氮直接制冷时机架及环境箱部分的结构示意图。

图中：迷你机架反向杆16、拉伸杆17、环境箱（液氮直接制冷）18、试样19、夹具20、迷你机架21、电子秤22、铝制平台23。

图4是液氮直接制冷环境箱上盖开孔示意图。