[发明专利]在动态弯曲条件下检测金属材料抗氢脆性能的装置及方法

权利要求书

1.在动态弯曲条件下检测金属材料抗氢脆性能的装置，其特征在于包括加载装置和电化学组，电化学组包括介质容器、参比电极、介质溶液、辅助电极、恒电位仪，参比电极和辅助电极均设置在位于介质容器内的介质溶液中，参比电极和辅助电极均与恒电位仪相连；加载装置包括底板、下支座、下夹头、上压块、上夹头、连接杆、导向块、油缸，下支座采用绝缘材料制作且设置在底板上，下支座上面设置有上压块，试样两端固定安装在下支座和上压块中间，上夹头和下夹头安装在连接杆上，并分别与试样的上表面和下表面接触，用于对试样施加弯曲荷载，连接杆穿过导向块与油缸的活塞杆相连，连接杆与油缸的活塞杆连接处做绝缘处理，试样还通过导线与恒电位仪相连；

所述的下支座上设置有卡槽，上压块有与下支座的卡槽相对应的向下的凸起，上压块上还设置有螺纹孔，试样通过下支座的卡槽和上压块的凸起压紧，并通过穿过螺纹孔的螺栓将上压块和下支座固定；

所述的上夹头和下夹头采用紧固螺栓安装在连接杆上，上下夹头之间的间距根据试样厚度进行调整；

连接杆为下方上圆的形状，下部为方形用于安装上下夹头，上部为圆形用于导向，连接杆穿过导向块连接到油缸活塞杆上，导向块安装在立板上且保证导向块中心线处于竖直状态；

所述的介质溶液为0.5mol/L NaOH水溶液；

所述的油缸与液压系统相连，由液压控制系统控制油缸施加的压力及换向周期，给试样施加向下和向上交替往复的弯曲载荷。

2.根据权利要求1所述在动态弯曲条件下检测金属材料抗氢脆性能的装置，其特征在于：

所述介质容器采用绝缘耐腐蚀材料制作。

3.在动态弯曲条件下检测金属材料抗氢脆性能的方法，其特征在于：使用了权利要求1或2所述的在动态弯曲条件下检测金属材料抗氢脆性能的装置，并具体包括：

步骤一、试样制作

制作满足要求的试样；

步骤二、装置的布置

将试样两端固定安装在下支座和上压块之间，将上夹头和下夹头分别与试样的上表面和下表面紧密接触，并用螺栓固定上夹头和下夹头；将参比电极和辅助电极插入介质容器中，并将工作电极连接导线连接到试样上，均通过导线连接与恒电位仪上；在介质容器中注入介质溶液，使液面高于试样上表面；

步骤三、电流设定

设定恒定的电流密度；

步骤四、液压系统设定

载荷大小设定：油缸压力采用液压伺服系统控制，由伺服系统闭环控制油缸施加给试样载荷大小，确保载荷的稳定性；设定液压系统压力即可设定施加在试样上的弯曲的载荷；

载荷频率设定：在液压系统的PLC控制系统中设定换向阀换向频率，即可控制施加在试样上交变弯曲载荷的频率，即试验频率；

步骤五、试验实施：采用恒定的充氢电流密度，给试样充入氢含量；同时液压系统启动，给油缸输送压力油液，油缸产生的力通过连接杆及上夹头和下夹头施加给试样，试样由于两端固定中间受力，试样整体受到弯曲应力；由于油缸换向动作，往复给试样上表面、下表面分别施加载荷，使得试样往复受到向下的弯曲载荷和向上的弯曲载荷，试样受到动态交变弯曲载荷的作用；记录试验过程中的施加弯矩的循环次数，试验直到试样断裂或达到10⁶次不断裂；

步骤六、试验结束后，关停冲氢电流；排出溶液介质，松开夹具，取出试样；然后重复上面的步骤开始下一个试验；对于动态弯矩条件下的氢脆性能评价，要求至少完成4个以上弯矩层级试验，每个弯矩层级至少完成3件试样，覆盖3个寿命数量级；要求完成3个以上不同冲氢电流强度层级试验；因此，总试样数至少为3*4*3=36件；直到完成所有试验；

步骤七、材料性能评价

根据试验数据，建立冲氢电流强度、弯矩分别与材料寿命之间的关系。

4.根据权利要求3所述在动态弯曲条件下检测金属材料抗氢脆性能的方法，其特征在于：

所述试样为板状试样，中间平行工作部分长度大于两倍的厚度，从试样平行工作部分到夹持端的过渡弧半径大于两倍的厚度，夹持端的宽度比下支座卡槽宽度略小，试样长度不得小于两下支座外侧立面间的距离；

试样的平行度、同轴度、垂直度要小于试样工作段厚度的5‰；

要求表面平均粗糙度小于0.2μm，在20倍低倍放大情况下不能有明显划痕。