[发明专利]测试超高温环境中试样蠕变性能的装置及测试方法

说明书

技术领域

本发明属于一种蠕变性能测试装置及方法，具体涉及一种测试超高温环境中试样蠕变性能的装置及测试方法。 

背景技术

近年来由于超高速飞行器鼻锥、机翼前缘、发动机热端等各种关键部位或部件对材料耐高温和使用寿命要求的逐步提高，大量以陶瓷系为基础的超高温材料（使用环境温度≥1000℃）得到一定程度的应用。为实现不断提高结构使用温度和延长结构经济寿命的目标，要求必须对新材料在役温度下的蠕变行为有准确的认识，使得这些材料能够在高温关键部位和结构中得以安全应用。因此如何确定超高温材料在使用环境中的蠕变行为问题成为当前的研究领域的一个亟待解决的问题。 

开发与设计超高温材料与结构在服役温度下的性能分析与测试方法，是实现材料向高性能、高可靠性方向发展的基础。通常，材料的性能可以通过标准试验获得，如光滑圆棒试验、紧凑拉伸试验。这些试验对试样有一定数量和尺寸要求，在大多数情况下这种要求是可以满足的，但在一些情况下是无法满足的。首先，标准试验在夹具设计过程中，易遇到由于温度过高带来的夹具氧化、强度降低、加工困难等问题；其次，当试样与所研究材料之间的微结构等有不同时，上述方法所得的结果没有可比性，也较难直接用于力学模型的建立和机理的研究；第三，在超高温服役情况下，易在热影响区发生早期失效，对超高温结构的寿命具有重要影响。但由于热影响区尺寸比较小，无法采用标准高温性能测试方法获得其性能。因此梁弯曲试验等新方法得到了一定程度的应用。，但现有传统三点、四点弯曲测试方法由于试样最大弯曲挠度和损伤失效的位置都发生在试样的中部位置。且对于三点弯曲试验而言，压头与试样的接触位置和测定挠度数据位置都在试样的中部，试样的压入变形都会很大程度上影响挠度的 精度。还有在大挠度测量时，压头处会出现滑动导致应力集中，出现剪切应力等问题都会导致测试结果的不准确。因此，目前迫切需要发展快速、便捷、准确的测试方法来测定材料的蠕变性能。 

总之，传统的标准试验（如光滑圆棒试验、紧凑拉伸试验）对试样有一定的尺寸要求，不适用于热障涂层（TBC）系统、超高温陶瓷材料（机械加工的困难）。另外传统的三点或四点弯曲试验中，首先由于试样最大弯曲挠度和损伤失效的位置都发生在试样的中部位置，试样的压入变形会很大程度上影响挠度的测试数据的精度。其次由于压头与试件间的摩擦以及压头在试件上的滑动导致剪切力的产生，使得测试结果存在误差。 

发明内容

要解决的技术问题 

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种测试超高温环境中试样蠕变性能的装置及测试方法，以获得超高温环境下试样的蠕变性能。 

技术方案 

一种测试超高温环境中试样蠕变性能的装置，计算机1、温度控制器2、测量控制器3、电液伺服试验机7、惰性气体5和水冷系统6；其特征在于：还包括设置在电液伺服试验机7上夹块和下夹块之间的简支弯曲测试装置4；所述简支弯曲测试装置4包括上过渡连接杆8、防转螺母9、压头10、试样紧固螺母12、固定装置13、可移动卡槽15、防转螺母16、下过渡连接杆17；上过渡连接杆8通过螺栓连接压头10并配有第一防转螺母9，压头10下端为固定装置13，固定装置13内设有固定试样11的试样紧固螺母12，使固定试样11呈水平位置；固定装置13的下端与下过渡连接杆17上端螺栓连接并配有防转螺母16；下过渡连接杆17下端与电液伺服试验机7下夹块直接连接；固定装置13的底部设有可移动卡槽15，可移动卡槽15，上设有多个并列 的槽口，用于调整压头10与试样11的相对位置。 

所述压头10和试样紧固螺母12采用碳碳复合材料。 

一种利用所述测试超高温环境中试样蠕变性能的装置测试蠕变性能的方法，所述蠕变性能为蠕变常数和应力指数；其特征在于步骤如下： 

步骤1：将被测试样11由试样紧固螺母12固定在固定装置13上，并处于水平状态；然后将固定装置13置于压头10与下过渡连接杆17之间，并一起安放在电液伺服试验机7上夹块和下夹块之间，并使压头处于试样的中心位置；所述被测试样11为长条形试样； 

步骤2：调节温度控制器使试验温度达到预设的试验温度； 

步骤3：由可移动卡槽15将被测试样11与压头10选择在不同的相对位置，根据预设的蠕变载荷曲线对控制软件进行设置，然后驱动试验机，使得被测试样11受到压头10的压力而产生变形进行试验；所述控制软件采用FT console或SAX； 

过程如下：