CN108007791B - 一种多工位蠕变试验装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于材料应力技术领域，提供一种多工位蠕变试验装置及方法，包括封闭式的加热炉、移动连接在所述加热炉内并对试样施力的驱动组件和连接在所述试样上的测试组件，所述加热炉包括圆盘状的底板件和炉体，所述驱动组件包括可相对于所述炉体移动的第一驱动组件和可相对于所述底板件移动的第二驱动组件，多个所述试样预固定在所述第二驱动组件的端面上，每一所述试样离所述底板件圆心的距离相同，且其中一个所述试样上还连接有用于比对温度的热电偶；然后通过上述装置和方法可以解决现有的蠕变试验机无法进行批量同时测量，并且载荷和温度控制无法精确同步控制的问题。
Description
技术领域
本发明属于材料应力技术领域，尤其涉及一种多工位蠕变试验装置及方法。
背景技术
航空航天领域，高温合金零件在高温应力环境中会发生蠕变现象，即随时间延长应变逐渐增加。蠕变性能是高温合金材料的一项重要指标，同时蠕变测试是新型高温合金开发不可缺少的试验之一。目前蠕变试验机大多是进行单轴拉伸蠕变试验，蠕变试验时间长成本高是进行大批量蠕变测试的最大限制因素。目前也有多根并行测试装置可以进行多试样同步测试，但在均等载荷控制方面和恒温温度控制方面无法做到精准同步的控制，并且试验温度区间窄。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多工位蠕变试验装置，旨在解决现有的蠕变试验机无法进行批量同时测量，并且载荷和温度控制无法精确同步控制的问题。
本发明是这样解决的：一种多工位蠕变试验装置，包括封闭式的加热炉、移动连接在所述加热炉内并对试样施力的驱动组件和连接在所述试样上的测试组件，所述加热炉包括圆盘状的底板件和炉体，所述驱动组件包括可相对于所述炉体移动的第一驱动组件和可相对于所述底板件移动的第二驱动组件，多个所述试样预固定在所述第二驱动组件的端面上，每一所述试样离所述底板件圆心的距离相同，且其中一个所述试样上还连接有用于比对温度的热电偶。
进一步地，所述炉体呈圆桶状，且所述炉体内连接有用于均衡加热的硅钼棒，多个所述硅钼棒均匀布置在所述炉体内。
进一步地，所述第一驱动组件包括驱动电机、连接在所述驱动电机上的驱动轴和连接在所述驱动轴末端并随所述驱动轴上下伸缩移动的圆盘压板件，所述圆盘压板件移动连接在所述炉体内。
进一步地，所述圆盘压板件的中心和所述底板件的中心均在所述驱动轴的轴线延长线上，且所述试样距所述底板件中心的距离小于所述圆盘压板件的半径。
进一步地，所述第二驱动组件包括驱动泵和连接在所述驱动泵上的多个驱动杆，所述底板件上设有多个可供所述驱动杆上端穿过的穿孔，每一所述驱动杆顶端限位连接有一个所述试样。
进一步地，所述驱动泵包括液压缸体和容置在所述液压缸体内的液压油所述液压缸体上均匀开设有多个可供所述驱动杆连接的驱动槽。
进一步地，所述测试组件包括连接在所述试样上的引伸计、载荷传感器和连接在所述炉体内的温度传感器，以及温度显示组件和调控组件。
本发明提供的多工位蠕变试验装置相对于现有的技术具有的技术效果为：通过将加热炉封闭设置，进而可以使得加热炉内的温度更加的均衡，同时将多个试样均匀布置在第二驱动组件上，进而第一驱动组件和第二驱动组件相对移动时压缩多个该试样，进而每个试样的载荷均匀且相同，从而可以测试出同样温度下多个试样的蠕变数据；同时在多个试样中选取一个作为参比试样，通过调节该测试组件测试的实际温度与热电偶的实测温度相同，从而可以保证温度的控制更加的精确。
本发明还提供一种蠕变试验方法，其通过前述的多工位蠕变试验装置来操作，包括以下步骤；
S1、将多个试样放置在第二驱动组件的顶端上，并选取其中一个所述试样作为参比试样；
S2、驱动该第一驱动组件使得该第一驱动组件的下端面抵接在所述试样上，并施加预载荷；
S3、驱动炉体移动至与底板件连接；
S4、控制炉体进行加热，待温度稳定后进行恒温加热处理，然后启动所述第二驱动组件继续施加载荷；
S5、记录温度、载荷和蠕变量。
进一步地，于所述步骤S2中，所述预载荷的施加量为500N。
进一步地，于所述步骤S4中，加热处理待温度恒定后，恒温处理30min，然后第二驱动组件继续施加载荷。
本发明提供的蠕变试验方法相对于现有的技术具有的技术效果为：通过参比试样的设置，并且第一驱动组件的预载荷施加，可以保证加热炉内所有的试样的初始载荷相同，然后炉体的加热和恒温加热处理，使得所有的试样的温度与参比试样的温度相同，然后第二驱动组件继续施加载荷使得每个试样获得相同的蠕变施加力，然后同时记录多个试样的测试结果；整个过程试样处于相同的温度和相同的外力作用下进行蠕变，从而保证测试的高效且准确的进行。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的多工位蠕变试验装置的整体结构立体图。
图2是本发明实施例提供的多工位蠕变试验装置的结构立体图，其中加热炉的炉体部分被剖开。
图3是本发明实施例提供的多工位蠕变试验装置的结构立体图，其中加热炉的炉体和底板件分开。
图4是本发明实施例提供的多工位蠕变试验装置中底板件的俯视图。
图5是本发明实施例提供的多工位蠕变试验装置中第二驱动组件的结构半剖示意图。
图6是本发明实施例提供的蠕变试验方法的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
请参照附图1至图5所示，在本发明实施例中，提供一种多工位蠕变试验装置，包括封闭式的加热炉10、驱动组件和测试组件。该加热炉10在放置待测的试样40时可以开启，并且在该试样40放置完成后可被封闭，这样可以减少加热炉10内热量的流失，进而保证温度的稳定性。该驱动组件可以移动连接在该加热炉10内，从而可以对加热炉10内的试样40进行施力，以使得该试样40发生蠕变。该测试组件用于与该驱动组件配合，测量试样40蠕变时的温度，变形量和施加的载荷大小。该加热炉10包括圆盘状的底板件12和炉体12，该炉体12可以相对该底板件12移动，进而便于试样40的安装。该驱动组件包括可相对于该炉体12移动的第一驱动组件20和可相对于该底板件12移动的第二驱动组件30，以及驱动该炉体12相对于该底板件12移动的第三驱动组件50。该加热炉10内可以同时进行多个试样40同时测试，多个该试样40预固定在该第二驱动组件30的端面上，测试时，该加热炉10将试样40所处的环境温度调节至稳定状态，然后第一驱动组件20和第二驱动组件30相对移动挤压该试样40，然后测试组件记录测试数据；在这个过程中，每一该试样40离该底板件12圆心的距离相同，这样可以保证每个试样40受力更加的均匀，并且其中一个该试样40上还连接有用于比对温度的热电偶41，这样可以保证试样40的实际温度与加热炉10中的温度更加的接近，进而多个试样40所处的温度控制更加的精确。
以上设计的多工位蠕变试验装置，通过将加热炉10封闭设置，进而可以使得加热炉10内的温度更加的均衡，同时将多个试样40均匀布置在第二驱动组件30上，进而第一驱动组件20和第二驱动组件30相对移动时压缩多个该试样40，进而每个试样40的载荷均匀且相同，从而可以测试出同样温度下多个试样40的蠕变数据；同时在多个试样40中选取一个作为参比试样40，通过调节该测试组件测试的实际温度与热电偶41的实测温度相同，从而可以保证温度的控制更加的精确。
具体地，如图1至图3所示，在本发明实施例中，该炉体12呈圆桶状，这样可以保证炉体12移动时可以与该底板件12更好的配合，并且该炉体12内连接有用于均衡加热的硅钼棒，多个该硅钼棒均匀布置在该炉体12内。该硅钼棒加热可以实现从室温到1100℃的温度变化，进而可以实现不同温度下，相同或不同的合金材料的蠕变选择。
具体地，如图2所示，在本发明实施例中，该第一驱动组件20包括驱动电机21、连接在该驱动电机21上的驱动轴22和连接在该驱动轴22末端并随该驱动轴22上下伸缩移动的圆盘压板件23，该圆盘压板件23移动连接在该炉体12内。
在本实施例中，该多工位蠕变试验装置还包括支撑组件80，该支撑组件80包括可供第二驱动组件30连接的支撑底座81、沿该支撑底座81向上延伸的多个支撑轴82和连接在多个支撑轴82顶部的支撑横梁83，该驱动电机21连接在该支撑横梁83上，该驱动轴22可以伸缩移动连接在该支撑横梁83上，该圆盘压板件23随着该驱动轴22的伸缩移动可以在该炉体12内并相对该炉体12进行移动，并且在向下移动的过程中可以对炉体12内的试样40进行预载荷的施加。
具体地，如图4所示，在本发明实施例中，该圆盘压板件23的中心和该底板件12的中心均在该驱动轴22的轴线延长线上，并且该试样40距该底板件12中心的距离小于该圆盘压板件23的半径。
在本实施例中，该圆盘压板件23的中心在该驱动轴22的轴线延长线上，这样可以保证圆盘压板件23向下移动对多个试样40进行预载荷施力时，多个该试样40受力相同，该底板件12的中心在该驱动轴22的轴线延长线上，也即该圆盘压板件23与该底板件12是正对设置的；同时每一个该试样40距离该底板件12中心的距离均相同，并且均小于该圆盘压板件23的半径，这样可以保证每一该试样40均能与该圆盘压板件23的底面完整接触。
具体地，如图2和图5所示，在本发明实施例中，该第二驱动组件30包括驱动泵31和连接在该驱动泵31上的多个驱动杆32，多个该驱动杆32随着驱动泵31的驱动均衡向上移动，该底板件12上设有多个可供该驱动杆32上端穿过的穿孔，每一该驱动杆32顶端限位连接有一个该试样40。
在本发明实施例中，该驱动泵31包括液压缸体311和容置在该液压缸体311内的液压油313该液压缸体311上均匀开设有多个可供该驱动杆32连接的驱动槽312。进而该液压缸体311内的液压油313膨胀时向各个驱动槽312中施加的驱动力是相同的，进而可以保证每一个驱动杆32顶端连接的试样40受到的向上的载荷是相同的；进而可以保证多个试样40同时测量时数据的有效性。
具体地，如图2所示，在本发明实施例中，该第三驱动组件50包括连接在该支撑横梁83的两个次级电机51和连接在次级电机51下端的传动轴52，两个该传动轴52的末端连接在该炉体12的顶面上，进而次级电机51驱动是可以使得该炉体12相对于该底板件12移动，从而实现加热炉10的封闭和开启。
具体地，如图1至图3所示，在本发明实施例中，该测试组件包括连接在该试样40上的引伸计60、载荷传感器和连接在该炉体12内的温度传感器，以及温度显示组件70和调控组件。该引伸计60用于记录该试样40的应力变化，载荷传感器用于感知该试样40受到的载荷变化，该温度传感器用于感知该炉体12内的问题变化，该温度显示组件70用于显示参比试样40的温度和该炉体12内问题的变化。该调控组件用于调节载荷和温度的大小变化。
本发明还提供一种蠕变试验方法，如图2和图6所示，其通过前述的多工位蠕变试验装置来实现操作，具体包括以下步骤；
S1、将多个试样40放置在第二驱动组件30的顶端上，并选取其中一个所述试样40作为参比试样；
在本步骤中，先将炉体12相对于该底板件12移开，从而便于将多个试样40均匀放置在该第二驱动组件30的顶端上，同时随机选取一个试样40，并在该试样40上连接热电偶41，用以作为参比试样。
S2、驱动该第一驱动组件20使得该第一驱动组件20的下端面抵接在所述试样40上，并施加预载荷；
在本步骤中，该第一驱动组件20下端的圆盘压板件23随着驱动轴22的伸缩移动而在炉体12内向下移动使得该圆盘压板件23的下端面抵接在多个该试样40件上，然后驱动电机21继续驱动该圆盘压板件23向下移动，给予多个该试样40预载荷，该预载荷优选为500N，从而保证多个试样40初始的压力相同。
S3、驱动炉体12移动至与底板件12连接；这样便于加热炉10封闭。
S4、控制炉体12进行加热，待温度稳定后进行恒温加热处理，然后启动所述第二驱动组件30继续施加载荷；
在本步骤中，先对该试样40进行加热处理，带加热到一定的温度后保持该温度恒温加热30min，接着通过第二驱动组件30中驱动缸体内的液压油313膨胀推动驱动杆32向上移动，使得试样40件被压缩发生蠕变，同时液压油313膨胀后对各个驱动杆32的驱动力相同，进而每一连接在该驱动杆32顶部的试样40受到的载荷均相同。
S5、记录温度、载荷和蠕变量。然后得到需要的试验数据。
以上设计的蠕变试验方法，通过参比试样40的设置，并且第一驱动组件20的预载荷施加，可以保证加热炉10内所有的试样40的初始载荷相同，然后炉体12的加热和恒温加热处理，使得所有的试样40的温度与参比试样的温度相同，然后第二驱动组件30继续施加载荷使得每个试样40获得相同的蠕变施加力，然后同时记录多个试样40的测试结果；整个过程试样40处于相同的温度和相同的外力作用下进行蠕变，从而保证测试的高效且准确的进行。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种多工位蠕变试验装置，其特征在于：包括封闭式的加热炉、移动连接在所述加热炉内并对试样施力的驱动组件和连接在所述试样上的测试组件，所述加热炉包括圆盘状的底板件和炉体，所述驱动组件包括可相对于所述炉体移动的第一驱动组件和可相对于所述底板件移动的第二驱动组件，多个所述试样预固定在所述第二驱动组件的端面上，每一所述试样离所述底板件圆心的距离相同，且其中一个所述试样上还连接有用于比对温度的热电偶；所述多工位蠕变试验装置还包括支撑组件，所述支撑组件支撑横梁，所述驱动电机连接在所述支撑横梁上，所述第一驱动组件包括驱动电机、连接在所述驱动电机上的驱动轴和连接在所述驱动轴末端并随所述驱动轴上下伸缩移动的圆盘压板件，所述驱动轴可伸缩移动连接所述支撑横梁，所述圆盘压板件移动连接在所述炉体内，所述圆盘压板件的中心和所述底板件的中心均在所述驱动轴的轴线延长线上，且所述试样距所述底板件中心的距离小于所述圆盘压板件的半径。
2.如权利要求1所述的多工位蠕变试验装置，其特征在于：所述炉体呈圆桶状，且所述炉体内连接有用于均衡加热的硅钼棒，多个所述硅钼棒均匀布置在所述炉体内。
3.如权利要求1所述的多工位蠕变试验装置，其特征在于：所述第二驱动组件包括驱动泵和连接在所述驱动泵上的多个驱动杆，所述底板件上设有多个可供所述驱动杆上端穿过的穿孔，每一所述驱动杆顶端限位连接有一个所述试样。
4.如权利要求3所述的多工位蠕变试验装置，其特征在于：所述驱动泵包括液压缸体和容置在所述液压缸体内的液压油所述液压缸体上均匀开设有多个可供所述驱动杆连接的驱动槽。
5.如权利要求1所述的多工位蠕变试验装置，其特征在于：所述测试组件包括连接在所述试样上的引伸计、载荷传感器和连接在所述炉体内的温度传感器，以及温度显示组件和调控组件。
6.一种蠕变试验方法，其通过如权利要求1-5任一项所述的多工位蠕变试验装置来操作，其特征在于：包括以下步骤；
S1、将多个试样放置在第二驱动组件的顶端上，并选取其中一个所述试样作为参比试样；
S2、驱动该第一驱动组件使得该第一驱动组件的下端面抵接在所述试样上，并施加预载荷；
S3、驱动炉体移动至与底板件连接；
S4、控制炉体进行加热，待温度稳定后进行恒温加热处理，然后启动所述第二驱动组件继续施加载荷；
S5、记录温度、载荷和蠕变量。
7.如权利要求6所述的蠕变试验方法，其特征在于：于所述步骤S2中，所述预载荷的施加量为500N。
8.如权利要求6所述的蠕变试验方法，其特征在于：于所述步骤S4中，加热处理待温度恒定后，恒温处理30min，然后第二驱动组件继续施加载荷。
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