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原文传递一种测量金属材料高温蠕变断裂韧性变化的装置及方法

专利名称：	一种测量金属材料高温蠕变断裂韧性变化的装置及方法
摘要：	一种测量金属材料高温蠕变断裂韧性变化的装置及方法，涉及金属材料力学性能领域。该装置包括工作台、设于工作台上的温控箱及加载系统，温控箱包括设于工作台上的高温加热炉及用于控制高温加热炉内加热温度的温度控制系统，加载系统包括用于支撑试样的至少两个试样支座、可固定于试样上表面的吊柱、与吊柱通过连接柱连接的砝码盘及多个设于砝码盘上的砝码，高温加热炉和工作台的底部开设有供连接柱穿过的开口。本发明提供的测量金属材料高温蠕变断裂韧性变化的装置及方法具有结构简单、成本低且操作方便的优点，可准确检测金属材料在高温蠕变下的断裂韧性力学性能的变化情况。
专利类型：	发明专利
申请人：	中国石油化工股份有限公司;武汉工程大学
发明人：	何家胜;杨家兵;钟伟健;袁红斌;朱晓明;贾长青;张林;周洋
专利状态：	有效
申请日期：	2022-04-27T00:00:00+0800
发布日期：	2023-11-07T00:00:00+0800
申请号：	CN202210448560.8
公开号：	CN117007436A
代理机构：	北京万科园知识产权代理有限责任公司
代理人：	张亚军;师瑄
分类号：	G01N3/18;G01N3/02;G01N3/04;G;G01;G01N;G01N3;G01N3/18;G01N3/02;G01N3/04
申请人地址：	100027 北京市朝阳区朝阳门北大街22号;
主权项：	1.一种测量金属材料高温蠕变断裂韧性变化的装置，包括工作台、温控箱、加载系统，所述温控箱包括高温加热炉、温度控制系统；其特征在于，所述温控箱(200)设于所述工作台(100)上，所述温控箱(200)内的所述高温加热炉(210)通过下面的隔热层(120)支撑在所述工作台上；所述加载系统(300)包括试样支座(310)、砝码吊挂装置；所述砝码吊挂装置包括吊柱(320)、连接柱(330)、砝码盘(340)、砝码(350)；试样(400)通过至少两个所述试样支座(310)支撑在所述高温加热炉炉内的底面上并呈水平设置；所述吊柱吊挂在所述试样上表面，其底部依次连接连接柱、砝码盘呈铅锤吊挂悬置，所述砝码盘上放置所述砝码；所述高温加热炉的底部、隔热层和所述工作台对应开设有开口(110)构成上下贯通的同轴的柱孔(130)，所述连接柱(330)穿过所述柱孔(130)伸出到所述工作台下面，其底端连接所述砝码盘吊挂设置。 2.根据权利要求1所述的测量金属材料高温蠕变断裂韧性变化的装置，其特征在于，所述吊柱(320)为倒U形结构，底部两端水平连接吊盘(360)，中部构成呈矩形截面的通槽(3201)，所述吊盘对应所述通槽位置设有上下贯通的吊盘孔(361)，所述连接柱插入所述吊盘孔通过插销(370)与所述吊盘连接后悬置；所述试样插入所述通槽用其上表面支撑所述吊柱。 3.根据权利要求2所述的测量金属材料高温蠕变断裂韧性变化的装置，其特征在于，所述砝码吊挂装置吊挂在两个试样支座支点之间并位于中心位置的试样上；所述加载系统的各部件均对称于同一个竖向中轴线设置，安装所述的加载系统时将所述竖向中轴线与所述试样的竖向中心线重合；即使吊柱(320)的轴线即加载线穿过试样的中心和两个试样支座中心距的中点。 4.根据权利要求3所述的测量金属材料高温蠕变断裂韧性变化的装置，其特征在于，设置多个所述试样支座对称设置于所述试样的底部两侧支撑；所述试样支座为锥形体，其锥尖支撑所述试样。 5.根据权利要求4所述的测量金属材料高温蠕变断裂韧性变化的装置，其特征在于，在所述试样侧部制备V形的缺口(401)和与所述缺口连通的预制疲劳裂纹(402)。 6.权利要求1所述的一种测量金属材料高温蠕变断裂韧性变化的装置的测量方法，其特征在于，其包括以下步骤：制作弯曲试样(400)，在所述试样侧部制备V形的缺口(401)和与所述缺口连通的预制疲劳裂纹(402)，预制疲劳裂纹长度a0；确定实验载荷F和实验温度T；将试样(400)放置于高温加热炉(210)内，并使用至少两个试样支座(310)支撑所述试样下表面，所述下表面由长度2L边与厚度B边围成，所述缺口(401)设置在所述下表面且口朝下，所述缺口位于长度2L中间预制；将吊柱(320)挂于所述试样上表面，即使吊柱的轴线即加载线穿过试样的中心和两个试样支座中心距的中点，使所述连接柱(330)的底部伸出所述高温加热炉、隔热层和所述工作台并连接砝码盘，将砝码(350)放置于所述砝码盘(340)上直至对所述砝码盘(340)施加载荷达到实验载荷F，控制所述高温加热炉(210)加热至试验温度T并保温直至所述试样发生断裂；按现有技术方法对试样进行断口分析，确定试样裂纹失稳扩展临界时刻的裂纹长度a(包含预制疲劳裂纹长度a0)；按以下公式(1)计算试样材料在实验载荷F和实验温度T下的断裂韧性KIC： KIC＝(FS/BW1.5)×f(a/W)；公式(1) 其中：以上公式中各字母的含义： F为实验载荷，F单位为千牛(kN)； S为两个试样支座底面支撑处的距离即中心距，单位为厘米(cm)； B为试样厚度，单位为厘米(cm)； W为试样宽度，单位为厘米(cm)； a为裂纹长度，单位为厘米(cm)。 7.根据权利要求6所述的测量方法，其特征在于，所述试样为长方体形状，所述试样的厚度B为宽度W的0.4至0.6倍，所述试样的半长L为2.1W以上；所述中心距S为试样宽度W的4倍；所述预制疲劳裂纹的长度a0为0.45W-0.55W，所述缺口的根部半径在0.1mm以下；制备所述疲劳裂纹时，保证最小循环应力与最大循环应力之比R在0.1以下；所述实验载荷F为吊柱、吊盘、连接柱、插销、砝码盘和砝码的重量之和。