[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

说明书

本发明公开了在动态弯曲条件下检测金属材料抗氢脆性能的装置，包括加载装置和电化学组，电化学组的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；加载装置包括下支座，下支座设置在底板上，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，上下夹头安装在连接杆上，并分别与试样的上下表面接触，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。本发明还提供了在动态弯曲条件下检测金属材料抗氢脆性能的方法。本发明装置和方法在试验过程中对材料加载动态载荷，载荷条件更真实的反映材料的服役环境，能更客观的评价材料的抗氢脆性能；氢含量恒定；试验周期短。

技术领域

本发明涉及金属材料性能测试的装置及方法，具体涉及一种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。

背景技术

近年来，随着汽车工业的快速发展，超高强汽车用钢的应用也愈加广泛。如热成形钢很好的解决了冲压成形回弹的问题，因此热成形钢在汽车领域应用潜力巨大，但该技术同时存在冷弯性能不足和氢脆敏感性高的缺点。延迟断裂现象是高强度材料—环境—应力相互作用而发生的氢致开裂的一种现象。有研究表明，材料强度越高，氢脆敏感性越大。钢的耐延迟断裂与三个因素有关：材料、应力状态和钢中的氢含量。氢的来源分内氢(酸洗、电镀等制造过程中浸入钢中的氢)和外氢(使用过程中外部环境浸入的氢)。

高强钢的延迟断裂受许多因素的影响，目前尚无通用的评价标准。延迟断裂的试验方法理想的情况是使用实物零件在实际使用环境中进行试验，但试验周期很长，难以实现。因此现实中往往采用加速型实验来进行相对评价，大体可分为恒载荷和恒应变试验、低应变速率试验、断裂力学试验。

现今几乎所有的评价钢抗氢脆性能的方法(恒载荷和恒应变试验、低应变速率试验、断裂力学试验)均是对试样施以恒定的载荷或应变，属于静载试验。而高强钢材料在使用过程中处在动载环境中，经常受到动态拉压载荷、弯曲载荷或扭转载荷。

以汽车用高强钢为例，底盘、大梁、车桥等众多结构件，在汽车行进过程中，由于颠簸会受到垂直于地面的动态载荷，而制动和加速过程则会受到平行于地面的动态载荷，在转向、上下坡、冲撞过程中还受到较复杂的复合载荷作用。不仅如此，很多高强钢均在多雨、潮湿、海边等富氢环境中使用，这就使得这些高强钢同时承受动态载荷与氢危害。

如附图1所示，车架和车桥在轮胎反复颠簸的过程中，不断承受动态的弯曲载荷，然而，现有的试验方法仅仅考虑到静载荷及准静态载荷的情况，与事实状况不符。

现有的静载试验与零件实际的动载服役环境差别较大，因此需设计一种装置用来检测材料在动载环境服役过程中的抗氢脆性能。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种更符合实际情况、能够实现动载环境和富氢环境下检测金属材料抗氢脆性能的装置及方法。

本发明的原理是：在动载弯曲载荷条件下来研究钢的抗氢脆延迟断裂性能，从氢定量化角度考虑，采用电化学充氢的方法(恒定的充氢电流密度，确保充入钢中的氢含量恒定)；在充氢的同时对试样施加动态弯曲载荷，根据试验时间对材料的抗氢脆延迟断裂性能进行评价。

本发明具体的技术方案如下：

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。

更进一步的方案是：