應(yīng)力敏感環(huán)境下試樣的恒載荷拉伸試驗(yàn)方法及試驗(yàn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及材料力學(xué)性能測試與表征技術(shù)領(lǐng)域，具體的是一種應(yīng)力敏感環(huán)境下試樣的恒載荷拉伸試驗(yàn)方法，還是一種恒載荷拉伸試驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在工程中，材料的拉伸力學(xué)性能指標(biāo)在工程設(shè)計(jì)、檢驗(yàn)檢測以及維修養(yǎng)護(hù)等方面具有非常重要的參考價(jià)值。獲取材料拉伸力學(xué)性能的一般試驗(yàn)方法即可在材料萬能試驗(yàn)機(jī)上實(shí)現(xiàn)的常規(guī)拉伸試驗(yàn)。但在一些特殊環(huán)境，如高壓氫氣、強(qiáng)腐蝕環(huán)境，以及一些封閉性環(huán)境中，無法采用材料試驗(yàn)機(jī)實(shí)現(xiàn)上述環(huán)境中的力學(xué)性能測試。在上述嚴(yán)苛的環(huán)境中，材料在應(yīng)力作用下會(huì)對(duì)環(huán)境的作用(如氫脆、腐蝕等)更加敏感，交互式的作用會(huì)加速材料的劣化。由此，能夠使材料在載荷作用下加速劣化的環(huán)境即可稱為應(yīng)力敏感環(huán)境。
[0003]以氫能源為例，氫能源屬于新興能源，在我國尚處于起步階段，有許多基礎(chǔ)設(shè)施、安全檢測、評(píng)價(jià)方法亟待發(fā)展。在材料氫脆敏感性的評(píng)價(jià)中，國外比較常見的是材料與盛裝氣體(氫氣)之間的相容性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，用于選擇抗氫脆金屬材料的試驗(yàn)方法(標(biāo)準(zhǔn)代碼ISO11114-4) ο該標(biāo)準(zhǔn)中包括圓片試驗(yàn)(A方法)、斷裂韌性測試(B方法)及確定鋼瓶抗氫致開裂能力的試驗(yàn)方法(C方法)。而我國尚無相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)行。在相關(guān)的氣瓶生產(chǎn)廠家，已有按照ISO 11114-4標(biāo)準(zhǔn)中C方法進(jìn)行評(píng)價(jià)的試驗(yàn)方法在進(jìn)行，以檢測氣瓶用鋼對(duì)材料的抗氫致開裂能力。但在氣瓶的設(shè)計(jì)中，材料的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度以及在氫環(huán)境下的力學(xué)性能指標(biāo)是非常重要的，我國目前尚無相關(guān)的試驗(yàn)方法。由于氫氣易漏、易燃、易爆的特性，故一般試驗(yàn)方法無法檢測材料在高壓氫環(huán)境下的拉伸力學(xué)性能指標(biāo)。本專利中所設(shè)計(jì)的試驗(yàn)裝置與試驗(yàn)方法將會(huì)為該類問題提供解決思路，需要注意的是，本試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法適用于小變形材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了測試材料在應(yīng)力敏感環(huán)境中的拉伸力學(xué)性能，本發(fā)明提供了一種應(yīng)力敏感環(huán)境下試樣的恒載荷拉伸試驗(yàn)方法及試驗(yàn)裝置，該應(yīng)力敏感環(huán)境下試樣的恒載荷拉伸試驗(yàn)方法能夠模擬金屬材料在應(yīng)力敏感環(huán)境中受恒載荷，從而通過衡量其斷裂載荷、斷裂后的延伸率、斷面收縮率、未斷裂試樣表面裂紋的多少及長度等指標(biāo)，評(píng)價(jià)材料抗環(huán)境劣化的能力。該試驗(yàn)方法及試驗(yàn)裝置尤其適合在與外界環(huán)境隔絕的系統(tǒng)(如高壓氫環(huán)境)中開展試驗(yàn)測試。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種應(yīng)力敏感環(huán)境下試樣的恒載荷拉伸試驗(yàn)方法，包括以下步驟:
[0006]步驟一、制備拉伸試樣；
[0007]步驟二、獲得拉伸試樣的應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系；
[0008]步驟三、將拉伸試樣安裝于恒載荷拉伸試驗(yàn)裝置，使拉伸試樣受到預(yù)設(shè)的拉應(yīng)力；
[0009]步驟四、將受到該預(yù)設(shè)的拉應(yīng)力的拉伸試樣放置于應(yīng)力敏感環(huán)境中；
[0010]步驟五、取出拉伸試樣進(jìn)行性能測試。
[0011 ] 拉伸試樣為棒狀拉伸試樣，拉伸試樣的兩端設(shè)有外螺紋，拉伸試樣中部的直徑小于拉伸試樣兩端的直徑。
[0012]在步驟二中，通過將拉伸試樣的中部的表面貼應(yīng)變片后放置于拉伸試樣機(jī)上施加拉伸載荷的方式獲得拉伸試樣的拉應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系。
[0013]在步驟二中，在獲得拉伸試樣的應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系之前還需要確定拉伸試樣的抗拉強(qiáng)度及屈服強(qiáng)度。
[0014]該恒載荷拉伸試驗(yàn)裝置含有第一安裝板和第二安裝板，第一安裝板和第二安裝板間隔設(shè)置，第一安裝板和第二安裝板之間通過第一支撐筋板連接固定，第一安裝板上設(shè)有第一安裝通孔，第二安裝板上設(shè)有與第一安裝通孔相對(duì)應(yīng)的第二螺紋孔，第一安裝通孔的軸線與第二螺紋孔的軸線重合。
[0015]在步驟三中，先在拉伸試樣的中部的表面貼所述應(yīng)變片，然后使拉伸試樣的一端穿過第一安裝通孔后與第二螺紋孔通過螺紋連接固定，拉伸試樣的另一端安裝旋緊螺母，使旋緊螺母與第一安裝板抵接或使旋緊螺母通過壓縮彈簧與第一安裝板抵接，通過對(duì)旋緊螺母進(jìn)行預(yù)緊以及觀察該應(yīng)變片使拉伸試樣達(dá)到預(yù)設(shè)的拉應(yīng)力。
[0016]在步驟四中，將受到該預(yù)設(shè)的拉應(yīng)力的拉伸試樣放置于密封的高壓釜中，向高壓釜中充入實(shí)驗(yàn)介質(zhì)并加熱該高壓釜，該拉伸試樣在高壓釜中放置設(shè)定的時(shí)間。
[0017]一種恒載荷拉伸試驗(yàn)裝置，含有第一安裝板和第二安裝板，第一安裝板和第二安裝板間隔設(shè)置，第一安裝板和第二安裝板之間通過第一支撐筋板連接固定，第一安裝板上設(shè)有第一安裝通孔，第二安裝板上設(shè)有與第一安裝通孔相對(duì)應(yīng)的第二螺紋孔，第一安裝通孔的軸線與第二螺紋孔的軸線重合。
[0018]第一安裝板和第二安裝板均為圓形，第一安裝板和第二安裝板相互平行，第一支撐筋板呈十字形，第一安裝板的軸線、第二安裝板的軸線和第一支撐筋板的軸線重合，第一安裝板和第二安裝板之間形成四個(gè)扇形區(qū)域，第一安裝通孔和第二螺紋孔的位置與該扇形區(qū)域相對(duì)應(yīng)，第一安裝通孔的直徑大于等于第二螺紋孔的直徑。
[0019]第二安裝板位于第一安裝板的下方，第一安裝板的上方還設(shè)有保護(hù)板，保護(hù)板與第一安裝板平行，保護(hù)板與第一安裝板之間通過第二支撐筋板連接固定，第二支撐筋板呈十字形，沿第一支撐筋板的軸向第二支撐筋板和第一支撐筋板的投影重合，保護(hù)板為圓形，保護(hù)板內(nèi)設(shè)有與該扇形區(qū)域相對(duì)應(yīng)四個(gè)扇形通孔，保護(hù)板的厚度小于第一安裝板和第二安裝板的厚度。
[0020]本發(fā)明的有益效果是，該應(yīng)力敏感環(huán)境下試樣的恒載荷拉伸試驗(yàn)方法能夠模擬金屬材料在應(yīng)力敏感環(huán)境中受恒載荷，從而通過衡量其斷裂載荷、斷裂后的延伸率、斷面收縮率、未斷裂試樣表面裂紋的多少及長度等指標(biāo)，評(píng)價(jià)材料抗環(huán)境劣化的能力。該試驗(yàn)方法及試驗(yàn)裝置尤其適合在與外界環(huán)境隔絕的系統(tǒng)(如高壓氫環(huán)境)中開展小變形試樣的恒載荷拉伸試驗(yàn)測試。
【附圖說明】
[0021]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
[0022]圖1為恒載荷拉伸試驗(yàn)裝置在使用時(shí)的主視圖。
[0023]圖2為恒載荷拉伸試驗(yàn)裝置在使用時(shí)的俯視圖。
[0024]圖3為恒載荷拉伸試驗(yàn)裝置放置在高壓釜中的示意圖。
[0025]其中1.拉伸試樣，2.旋緊螺母，3.壓縮彈簧，4.恒載荷拉伸試驗(yàn)裝置，5.應(yīng)變片，6.高壓藎；
[0026]41.第一安裝板，42.第二安裝板，43.保護(hù)板，44.第一支撐筋板，45.第一安裝通孔，46.第二螺紋孔，47.第二支撐筋板。
【具體實(shí)施方式】
[0027]需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明。
[0028]一種應(yīng)力敏感環(huán)境下試樣的恒載荷拉伸試驗(yàn)方法，包括以下步驟:
[0029]步驟一、制備拉伸試樣I ;
[0030]步驟二、采集拉伸試樣I的加載力與應(yīng)變數(shù)據(jù)，獲得拉伸試樣I的拉伸應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系；
[0031]步驟三、將拉伸試樣I安裝于恒載荷拉伸試驗(yàn)裝置4，使拉伸試樣I受到預(yù)設(shè)的拉應(yīng)力；
[0032]步驟四、將受到該預(yù)設(shè)的拉應(yīng)力的拉伸試樣I放置于應(yīng)力敏感環(huán)境中；
[0033]步驟五、取出拉伸試樣I進(jìn)行性能測試及評(píng)價(jià)。
[0034]下面對(duì)上述五個(gè)試樣步驟進(jìn)行詳細(xì)說明:
[0035]在步驟一中，由于試驗(yàn)一般會(huì)在封閉環(huán)境中進(jìn)行，受試驗(yàn)空間的限制，拉伸試樣I為啞鈴型的棒狀拉伸試樣，拉伸試樣I的兩端設(shè)有外螺紋，一端用于連接恒載荷拉伸試驗(yàn)裝置4，另一端通過旋緊螺母2實(shí)現(xiàn)對(duì)材料的加載。拉伸試樣I中部的直徑小于拉伸試樣I兩端的直徑，拉伸試樣I中部的直徑d = 5mm。
[0036]在步驟二中，通過將拉伸試樣I的中部的表面貼應(yīng)變片后放置于拉伸試樣機(jī)上施加拉伸載荷的方式獲得拉伸試樣I的拉應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系。在獲得拉伸試樣I的應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系之前還需要確定拉伸試樣I的抗拉強(qiáng)度及屈服強(qiáng)度。
[0037]具體是，在拉伸試驗(yàn)機(jī)上對(duì)拉伸試樣I的加載載荷及其應(yīng)變的變化進(jìn)行采集與記錄。首先需要對(duì)拉伸試樣I進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，確定拉伸試樣I的抗拉強(qiáng)度Rm及屈服強(qiáng)度Rpa2;之后對(duì)試樣進(jìn)行力-應(yīng)變的標(biāo)定。在拉伸試樣I平行段中間部分貼應(yīng)變片5，將拉伸試樣I裝夾在拉伸試樣機(jī)上進(jìn)行拉伸載荷施加，施加的載荷要根據(jù)試驗(yàn)時(shí)的應(yīng)力水平確定，試驗(yàn)時(shí)的應(yīng)力水平為1^.2的百分?jǐn)?shù)，例如0.7 Rpa2、0.9 Rpa2等。試驗(yàn)時(shí)應(yīng)選擇不同的應(yīng)力水平分別進(jìn)行，具體可根據(jù)試驗(yàn)情況確定。拉伸試驗(yàn)的執(zhí)行與標(biāo)定可參照GB/T 228.1-2010標(biāo)準(zhǔn)。
[0038]在本發(fā)明中，該恒載荷拉伸試驗(yàn)裝置4含有第一安裝板41和第二安裝板42，第一安裝板41和第二安裝板42上下間隔設(shè)置，第一安裝板41和第二安裝板42之間通過第一支撐筋板44連接固定，第一安裝板41上設(shè)有第一安裝通孔45，第二安裝板42上設(shè)有與第一安裝通孔45相對(duì)應(yīng)的第二螺紋孔46，第一安裝通孔45的軸線與第二螺紋孔46的軸線重合，如圖1和圖2所示。
[0039]該恒載荷拉伸試驗(yàn)裝置4通過旋緊螺母2實(shí)現(xiàn)對(duì)拉伸試樣I的恒載荷加載，將拉伸試樣I放置在穩(wěn)定的環(huán)境中一定時(shí)間后，將其取出觀察斷裂情況，并測定相關(guān)的力學(xué)性能指標(biāo)。依靠拉伸試樣I上的應(yīng)變片5可以實(shí)現(xiàn)對(duì)拉伸試樣I的精確加載，同時(shí)壓縮彈簧3能夠保證拉伸試樣I承受恒定的載荷。根據(jù)試驗(yàn)完成后測得的斷裂載荷等指標(biāo)，評(píng)定材料抗環(huán)境攻擊的能力，為工程用鋼的選材及設(shè)計(jì)積累數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
[0040]在步驟三中，預(yù)設(shè)的拉應(yīng)力施加的具體方式是，先在拉伸試樣I的中部的表面貼應(yīng)變片，然后使拉伸試樣I的下端穿過第一安裝通孔45后與第二螺紋孔46通過螺紋連接固定，拉伸試樣I的上端安裝旋緊螺母2，使旋緊螺母2與第一安裝板41抵接或使旋緊螺母2通過壓縮彈簧3與第一安裝板41抵接(如圖1所示，此時(shí)壓縮彈簧3套設(shè)在拉伸試樣I外)，通過對(duì)旋緊螺母2進(jìn)行預(yù)緊以及觀察該應(yīng)變片5使拉伸試樣I達(dá)到預(yù)設(shè)的拉應(yīng)力。即在預(yù)緊的同時(shí)紀(jì)錄應(yīng)變片5的數(shù)據(jù)變化，通過數(shù)據(jù)的變化確定旋緊螺母2的預(yù)緊力，以確定拉伸試樣I所承受的預(yù)應(yīng)力是否達(dá)到預(yù)設(shè)的拉應(yīng)力，根據(jù)應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系，應(yīng)變片5達(dá)到預(yù)定長