[发明专利]一种原位加热的热裂纹测试装置

权利要求书

1.一种原位加热的热裂纹测试装置，其特征在于，包括：

拉伸装置、连接杆、炉体、应力传感器、试棒、热电偶、保温层、磁场线圈、发热环、Al₂O₃坩埚、基座、连接夹头、水冷夹头以及拉伸装置导轨支架；

所述拉伸装置设置于所述炉体的外左侧，用于拉伸所述试棒；所述应力传感器、所述试棒、所述磁场线圈、所述发热环、所述Al₂O₃坩埚、所述连接夹头以及所述水冷夹头设置于所述炉体的炉腔内；所述基座设置于所述炉体外底部；所述拉伸装置的下端安装有拉伸装置导轨支架，所述拉伸装置能够在拉伸装置导轨支架上左右移动，在滑程任意位置锁死；所述应力传感器设置于所述炉体内的左炉门旁，通过所述连接杆与所述拉伸装置相连；所述应力传感器与所述连接夹头一端螺纹连接，所述连接夹头另一端与所述试棒螺纹连接，所述拉伸装置、所述应力传感器与所述试棒同轴度，所述应力传感器用于同步测量所述拉伸装置所施加的外力；所述水冷夹头通过夹持方式固定在所述试棒右端，用于准确控制水流量的大小，控制所述试棒在降温过程中轴向散热的快慢；

所述Al₂O₃坩埚为一中空圆柱体，所述中空圆柱体的内径等于试棒直径，所述试棒设置于所述中空圆柱体内且与所述Al₂O₃坩埚同轴；所述Al₂O₃坩埚外侧套有发热环，所述发热环用于通入电流后，采用电阻发热，使被发热环包裹部分的试棒融化；所述发热环外侧包覆有磁场线圈，所述磁场线圈，用于引入磁场扰动金属液，控制金属液凝固生成等轴晶，从而研究所述试棒相应的热裂临界条件；所述磁场线圈外层包裹有保温层，所述磁场线圈与所述发热环之间也设置有保温层；所述热电偶预埋在所述Al₂O₃坩埚外壁上，用于同步测量试棒的温度；

所述试棒加热熔化之后，所述拉伸装置启动后，拉伸试棒，通过调节所述发热环的温度，选择所述水冷夹头的水流量大小或控制所述磁场线圈产生磁场，分别得到不同冷速下，不同枝晶生长方向或等轴晶形态下的所述试棒热裂的临界条件。

2.根据权利要求1所述的一种原位加热的热裂纹测试装置，其特征在于，所述拉伸装置与所述连接杆一端固定，所述连接杆另一端与所述应力传感器螺纹连接；所述拉伸装置用于主动加载外力，在所述试棒凝固过程中对凝固收缩进行限制，使所述试棒产生热裂纹。

3.根据权利要求1所述的一种原位加热的热裂纹测试装置，其特征在于，所述水冷夹头由夹具和冷却水道组成，所述冷却水道安装在所述夹具上；所述水冷夹头与循环水冷机相连，用于控制所述试棒在降温过程中轴向散热的快慢，当无流量或流量小时，试棒径向散热大于轴向，柱状晶沿径向生长，当流量大时，试棒径向散热小于轴向，柱状晶沿轴向生长，确定晶粒不同生长方向的所述试棒热裂临界条件。

4.根据权利要求1所述的一种原位加热的热裂纹测试装置，其特征在于，所述原位加热的热裂纹测试装置还包括刚性梁，所述刚性梁水平焊接于炉体右壁上面，且与所述水冷夹头螺纹连接，用于固定夹头，保证试棒夹持的水平。

5.根据权利要求1所述的一种原位加热的热裂纹测试装置，其特征在于，所述原位加热的热裂纹测试装置还包括数据信号采集控制系统，用于将所述热电偶、所述应力传感器、所述拉伸装置和所述水冷夹头得到的温度、应力、拉伸速率以及冷却水量转化为数据信号并全程进行采集存储；所述数据信号控制采集系统的采集频率为100Hz。

6.根据权利要求1所述的一种原位加热的热裂纹测试装置，其特征在于，所述原位加热的热裂纹测试装置的最高加热温度为2000℃；升降温速率范围为0.01-100K/s；升降温控温误差小于±2k；所述原位加热的热裂纹测试装置的冷态极限真空度为6.67×10^-3Pa。

7.根据权利要求1所述的一种原位加热的热裂纹测试装置，其特征在于，所述拉伸装置的最大试验力为10KN；拉伸速率范围为0.001-3mm/s；有效拉伸量程为50mm。