適用于應(yīng)力敏感環(huán)境的單試樣恒載荷拉伸試驗(yàn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及材料力學(xué)性能測(cè)試與表征技術(shù)領(lǐng)域，具體的是一種適用于應(yīng)力敏感環(huán)境的單試樣恒載荷拉伸試驗(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(cè)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(wàn)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(wú)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(cè)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(chēng)為應(yīng)力敏感環(huán)境。為了測(cè)試材料在這種應(yīng)力敏感環(huán)境下的力學(xué)性能指標(biāo)，本專(zhuān)利參考GB/T 228.1-2010金屬材料拉伸試驗(yàn)第1部分:室溫試驗(yàn)方法、GB/T 4157-2006金屬在硫化氫環(huán)境中抗特殊形式環(huán)境開(kāi)裂實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)、GB/T 15970.4-2000金屬和合金的腐蝕應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)第4部分:單軸加載拉伸試樣的制備和應(yīng)用、GB/T 15970.5-1998金屬和合金的腐蝕應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)第5部分:C型環(huán)試樣的制備和應(yīng)用等試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，研發(fā)得到本試驗(yàn)裝置及測(cè)試方法，可評(píng)價(jià)在應(yīng)力敏感環(huán)境中，金屬材料受到單軸拉伸加載產(chǎn)生小變形時(shí)，其抗環(huán)境攻擊的能力。以下將以測(cè)試高壓氫環(huán)境下材料拉伸力學(xué)性能指標(biāo)為例進(jìn)行介紹。
[0003]氫能源屬于新興能源，在我國(guó)尚處于起步階段，有許多基礎(chǔ)設(shè)施、安全檢測(cè)、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(guó)外比較常見(jiàn)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IS011114-4)。該標(biāo)準(zhǔn)中包括圓片試驗(yàn)(A方法)、斷裂韌性測(cè)試(B方法)及確定鋼瓶抗氫致開(kāi)裂能力的試驗(yàn)方法(C方法)。而我國(guó)尚無(wú)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(cè)氣瓶用鋼對(duì)材料的抗氫致開(kāi)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(guó)目前尚無(wú)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(wú)法檢測(cè)材料在高壓氫環(huán)境下的拉伸力學(xué)性能指標(biāo)。本專(zhuān)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(lèi)問(wèn)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。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]為了測(cè)試材料在應(yīng)力敏感環(huán)境中的拉伸力學(xué)性能，本實(shí)用新型提供了一種適用于應(yīng)力敏感環(huán)境的單試樣恒載荷拉伸試驗(yàn)裝置，該適用于應(yīng)力敏感環(huán)境的單試樣恒載荷拉伸試驗(yàn)裝置能夠被用于模擬金屬材料在應(yīng)力敏感環(huán)境中受恒載荷，從而通過(guò)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(zhǎng)度等指標(biāo)，評(píng)價(jià)材料抗環(huán)境劣化的能力。該適用于應(yīng)力敏感環(huán)境的單試樣恒載荷拉伸試驗(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(kāi)展試驗(yàn)測(cè)試。
[0005]本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:一種適用于應(yīng)力敏感環(huán)境的單試樣恒載荷拉伸試驗(yàn)裝置，包括裝置本體，裝置本體內(nèi)含有用于棒狀拉伸試樣穿過(guò)的第一通孔，第一通孔由上向下貫穿裝置本體，本體內(nèi)還設(shè)有能夠連通裝置本體的表面和第一通孔的第二通孔。
[0006]裝置本體為立方體結(jié)構(gòu)或圓柱體結(jié)構(gòu)。
[0007]裝置本體的長(zhǎng)為50mm?60mm，裝置本體的寬為25mm?35mm，裝置本體的高為45mm ?55mm0
[0008]裝置本體的長(zhǎng)為55_，裝置本體的寬為30_，裝置本體的高為50mm。
[0009]裝置本體由上下對(duì)稱(chēng)分體式設(shè)置的上構(gòu)件和下構(gòu)件組成，第一通孔由上向下貫穿上構(gòu)件和下構(gòu)件。
[0010]第二通孔位于上構(gòu)件和下構(gòu)件的連接處，第一通孔的軸線和第二通孔的軸線相交，第二通孔的上半部分位于上構(gòu)件，第二通孔的下半部分位于下構(gòu)件。
[0011]第二通孔沿水平方向貫穿裝置本體，第二通孔為六棱柱形。
[0012]第一通孔位于裝置本體的中央。
[0013]第一通孔的直徑為。
[0014]第二通孔的直徑為。
[0015]本實(shí)用新型的有益效果是，該適用于應(yīng)力敏感環(huán)境的單試樣恒載荷拉伸試驗(yàn)裝置通過(guò)衡量金屬試樣的斷裂載荷、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(zhǎng)度等指標(biāo)，評(píng)價(jià)材料抗環(huán)境劣化的能力。本裝置及試驗(yàn)方法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(kāi)展試驗(yàn)測(cè)試。
[0016]該單試樣恒載荷拉伸試驗(yàn)裝置通過(guò)旋緊螺母實(shí)現(xiàn)對(duì)拉伸試樣的恒載荷加載，將試樣放置在穩(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(cè)定相關(guān)的力學(xué)性能指標(biāo)。依靠試樣上的應(yīng)變片可以實(shí)現(xiàn)對(duì)試樣的精確加載，同時(shí)彈簧能夠保證試樣承受恒定的載荷。根據(jù)試驗(yàn)完成后測(cè)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)。
【附圖說(shuō)明】
[0017]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
[0018]圖1為適用于應(yīng)力敏感環(huán)境的單試樣恒載荷拉伸試驗(yàn)裝置在使用時(shí)的主視圖。
[0019]圖2為適用于應(yīng)力敏感環(huán)境的單試樣恒載荷拉伸試驗(yàn)裝置的俯視圖。
[0020]其中1.棒狀拉伸試樣，2.旋緊螺母，3.裝置本體，4.應(yīng)變片，5.高壓釜；
[0021]31.第一通孔，32.第二通孔，33.上構(gòu)件，34.下構(gòu)件。
【具體實(shí)施方式】
[0022]需要說(shuō)明的是，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)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(lái)詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)用新型。
[0023]—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:
[0024]步驟一、拉伸試樣的選擇。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，選用直徑d = 5mm的棒狀拉伸試樣1。試樣兩端加工螺紋(螺紋為M12，保證恰好通過(guò)裝置中d = 12mm的第一通孔31)，一端用于連接該適用于應(yīng)力敏感環(huán)境的單試樣恒載荷拉伸試驗(yàn)裝置，另一端通過(guò)旋緊螺母2實(shí)現(xiàn)對(duì)棒狀拉伸試樣1的加載。
[0025]步驟二、拉伸試樣加載力與應(yīng)變數(shù)據(jù)的采集。在裝夾試樣前需在拉伸試驗(yàn)機(jī)上對(duì)試樣的加載載荷及其應(yīng)變的變化進(jìn)行采集與記錄。首先需要對(duì)棒狀拉伸試樣1進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，確定材料的抗拉強(qiáng)度R?及屈服強(qiáng)度R ρα2;之后對(duì)棒狀拉伸試樣1進(jìn)行力-應(yīng)變的標(biāo)定，在棒狀拉伸試樣1的平行段中間部分貼應(yīng)變片4，裝夾在拉伸試樣機(jī)上進(jìn)行載荷施加，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0.7Rp0.2,0.9Rp(12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)。
[0026]步驟三、試樣預(yù)應(yīng)力的施加。將棒狀拉伸試樣1 一端通過(guò)一個(gè)旋緊螺母2連接在該適用于應(yīng)力敏感環(huán)境的單試樣恒載荷拉伸試驗(yàn)裝置的一端，棒狀拉伸試樣1的另一端通過(guò)另一個(gè)旋緊螺母2進(jìn)行預(yù)緊，如1所示，在預(yù)緊的同時(shí)紀(jì)錄應(yīng)變片的數(shù)據(jù)變化，通過(guò)數(shù)據(jù)的變化確定螺母的預(yù)緊力，以確定棒狀拉伸試樣1所承受的預(yù)應(yīng)力。在預(yù)緊過(guò)程中，