CN207197955U - 一种脉冲电流辅助蠕变时效的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种脉冲电流辅助蠕变时效的装置，包括脉冲电流发射器和试验机；待蠕变的试样的两端分别通过夹具与所述试验机的上下的拉伸杆连接；所述试样的两端还分别固定有一个导电电极，所述脉冲电流发射器和两个所述导电电极之间分别通过耐高温的导电线连接，所述导电电极的一端与所述试样直接连接，另一端与导电线连接，使得脉冲电流发射器、试样、导电线与导电电极之间构成电流回路；试验机上还设有用于提供试验所需温度的高温炉；试样上还设有用于实时监测试验温度的测温装置和用于监测试样变形的引伸杆。利用本实用新型的装置在同等的电源功率下，流过试样的脉冲电流密度会更大，且不会在接触处产生发热现象。

Description

一种脉冲电流辅助蠕变时效的装置

技术领域

本实用新型涉及材料蠕变测试装置技术领域，特别的，涉及一种脉冲电流辅助蠕变时效的装置。

背景技术

随着现代航空航天事业的迅猛发展，对飞机性能的要求越来越高，许多主承力构件如飞机的接头、大梁、隔板、翼框等广泛釆用整体化结构设计。蠕变时效成形技术是为制备大型整体壁板类构件而发展起来的一项新技术。

近年来国内外已经有许多学者将脉冲电流引入到材料的热处理中，研究并证实了脉冲电流能对材料热处理产生积极的作用。清华大学姜炎彬以及东北大学李国栋等学者通过试验发现，脉冲电流能使合金实现快速时效，在低温或短时间内使合金达到峰值时效。而申请人也针对将脉冲电流引入到铝合金蠕变时效/应力松弛时效进行了大量的试验研究，发现脉冲电流可以增加铝合金的蠕变量，提高蠕变/应力松弛速率，从而缩短峰值时效时间，提高材料性能，同时还能降低材料性能对初始应力的敏感性。

已有的研究发现，将电流场、磁场耦合到常规热处理的温度场中，可能在较短时间内显著的提高金属材料的各项性能。在连续***物理学的理论框架中，热能量场与电流场、磁场属于作用于物质的不同能量形式，对物质的宏观性质有着不同的影响。从电子、原子层面分析，它们的主要作用对象有所不同，电子比热小，热能量场主要作用于正离子，而电流场、磁场对电子态有重要影响。探明热能量场与电流场/磁场的复合场中热处理固态相变的新特点，是材料科学与工程领域一个重要科学问题。总之，不论是电流场还是磁场，冷物理场都对物理场引发的相变过程产生影响，表现在宏观性能与微观组织方面。这就为材料的改性与创新带来了契机。Erdmann-Jesnitzer等人在1959年第一次发现将直流电流作用于固溶后的Fe-C合金的时效过程(时效温度为80.6℃)，可加速时效反应，而施加50HZ的交流电流却延缓了时效反应。自此之后又较多学者将不同形式的电流(恒定直流电流、连续交流电流、正脉冲电流、正反交变脉冲电流)应用于不同金属材料的热处理相变过程，揭示出不同的影响规律。

CN105716964A公开了一种将脉冲电流引入热压罐的密封导电装置，通过穿过热压罐罐体的电极和用于传到电流、密封真空袋的导电密封盘的连接配合，将脉冲电流引入到构件的蠕变时效成形工艺中。但是由于构件的截面积大，即使是几千安培的大电流，而流过构件截面的电流密度就会很小，很可能脉冲电流产生的电子流对晶体中的原子作用很小，无法达到理想的试验结果。

为了进一步研究脉冲电流对蠕变时效成形的影响，需要将高密度的脉冲电流引入到材料尺度的蠕变试样的蠕变时效试验中，探索一种脉冲电流辅助蠕变时效的装置就很有必要。

实用新型内容

本实用新型目的在于提供一种脉冲电流辅助蠕变时效的装置，以研究高密度的脉冲电流对蠕变时效成形的影响的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种脉冲电流辅助蠕变时效的装置，包括脉冲电流发射器和试验机；

待蠕变的试样的两端分别通过夹具与所述试验机的上下的拉伸杆连接；所述试样的两端还分别固定有一个导电电极，所述脉冲电流发射器和两个所述导电电极之间分别通过耐高温的导电线连接，所述导电电极的一端与所述试样直接连接，另一端与导电线连接，使得所述脉冲电流发射器、所述试样、所述导电线与导电电极之间构成电流回路；所述试验机上还固定有高温炉，所述高温炉用于提供试验所需的温度；所述试样上还设置有测温装置和引伸杆，所述测温装置用于实时监测试验温度，所述引伸杆用于监测试样的变形。

特别地，两根所述拉伸杆上分别设置有绝缘块。

特别地，所述绝缘块采用聚四氟乙烯材料制成。

特别地，所述导电线的外部包裹有耐高温云母材料。

特别地，所述导电电极为L形紫铜板，所述L形紫铜板的其中一块板上设置有紫铜材质的压片，所述导电线通过所述压片与所述L形紫铜板连接；所述L形紫铜板的另一块板与所述试样和所述夹具通过同一个紧固件连接在一起，从而保证了试样与所述L形紫铜板直接连接的同时在加载过程中受力一致，进而保证了试验结果的精确度。

特别地，所述高温炉分为两个可以开合的型腔，两个所述型腔分别固定在所述试验机的支撑柱上。

特别地，每个所述型腔分别通过两个C形夹具与所述支撑柱连接，使得所述型腔能围绕所述支撑柱转动一定角度；所述支撑柱和所述C形夹具均采用磁性材料制备，使得两者能够紧密吸附，以免C形夹具沿所述支撑柱往下滑动。

特别地，所述测温装置采用热电偶，且所述热电偶与所述试样之间采用云母片隔绝，防止大电流流过热电偶对温度检测***带来损坏。

应用本实用新型的技术方案，具有以下有益效果：

1、利用脉冲电流发射器、导电线、两个导电电极和试样构成了闭合的脉冲电流回路，该脉冲电流回路部件少，电阻小，在同等的电源功率下，流过试样的脉冲电流密度就会更大。

2、两个导电电极与试样直接接触，避免了使用中间金属连接件造成的大电流流过金属连接件而产生的焦耳热效应的影响；同时两者的直接接触大大增加了导电电极与蠕变试样的接触面积。

因此，由于接触面积的增加，当大电流(几百甚至几千安培)流过两者的接触处，电流密度就会急剧降低，在此处就不会发生在接触处发热的现象，对整个蠕变时效过程就不会有升温带来的影响。

3、导电电极与试样和夹具通过同一个紧固件连接在一起，那么在蠕变时效过程中，导电电极受到的是紧固件给的作用力，在两者接触的地方不会影响蠕变试样的受力情况，从而保证了蠕变试样在加载过程中左右受力一致，左右变形量趋于一致，进而保证了试验结果的精确度。

4、在夹具与试验机的拉伸杆接触处使用了绝缘块，那么在脉冲电流辅助蠕变时效过程中，脉冲电流就不会流过装置的其他地方，避免了大电流可能会流过试验机的危险，确保了试验仪器的安全使用。

5、在试样与热电偶的接触处，使用云母片将其隔开，避免了热电偶与带大电流的试样直接接触，从而避免大电流流过热电偶而对温度检测***带来的破坏。

6、本实用新型的高温炉为两个开合的型腔拼凑而成，每一个型腔采用C形夹具与试验机的支撑柱配合，且可以进行一定角度的转动，因此高温炉的开闭更方便且不会影响试样的取放。

7、本实用新型结构简单实用，且能适用不同厚度的蠕变试样在高密度的脉冲电流下进行蠕变时效试验。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本实用新型还有其他的目的、特征和优点。下面将参照图，对本实用新型作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。

在附图中：

图1是实施例1中装置的整体图(高温炉闭合状态)；

图2是实施例1中装置的整体图(高温炉开启状态)；

图3是实施例1中脉冲电流发射器与试样的连接结构示意图；

图4是实施例1中装置的部分结构正视图；

图5是实施例1中装置的部分结构侧视图；

图6是实施例1中导电电极的结构示意图；

图7是实施例1中试验机与高温炉的连接示意图；

图8是实施例1中试样与热电偶的连接结构示意图；

附图标记：

1、脉冲电流发射器，2、导电线，3、高温炉，4、试验机，5、夹具，6、拉伸杆，7、绝缘块，8、试样，9、导电电极，10、引伸杆，11、螺栓，12、压片，13、支撑柱，14、C形夹具，15、云母片，16、热电偶。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明，但是本实用新型可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

实施例1

详见图1-图8，一种脉冲电流辅助蠕变时效的装置，包括脉冲电流发射器1和试验机4，本实施例中的所述脉冲电流发射器可提供0～3000A可调的正脉冲电流，其中频率范围为0～1000HZ，占空比范围为0～99％，此装置为脉冲电流辅助铝合金蠕变时效提供了可调节的脉冲电流；此试验机为高温蠕变持久强度试验机。

详见图3，待蠕变的试样8的两端还分别固定有一个导电电极9，所述脉冲电流发射器和两个所述导电电极之间分别通过耐高温的导电线2连接，所述导电线是能承受大电流的非普通导电线。通过螺栓连接将试样贴在导电电极表面上，这样脉冲电流从正极发出，通过导电线，流过一个导电电极；再流过试样，流过另一个导电电极，再经导电线，最后流到脉冲电源的负极，构成完整的闭合脉冲电流回路。所述导电线的外部包裹有耐高温云母材料(也可以是其他耐高温的绝缘材料)，使得所述导电线在高温试验环境下不受影响，同时也能形成绝缘环境。

详见图6，所述导电电极为L形紫铜板(也可以采用其他导电率好的材料)，L形紫铜板形状的导电电极上共设置有三个直径为8mm的圆孔，L形紫铜板形状的导电电极其中一个板上设置一个圆孔用来与试样连接，另外一块板上设置两个圆孔用来固定导电线。固定导电线的时候用20×30×1mm的薄紫铜材料的压片12(也可以是其他导电率好的材料)将耐高温云母缠绕包裹的导电线压在导电电极的板上，并用螺栓11固定。

详见图4-图5，待蠕变的试样8的两端分别通过夹具5与所述试验机的上下的拉伸杆6连接；夹具、试样与导电电极通过通过同一个紧固件(可以是螺栓等)连接在一起，从而保证了试样与导电电极直接连接的同时在加载过程中受力一致，进而保证了试验结果的精确度。

两根所述拉伸杆上分别设置有采用聚四氟乙烯材料制成的绝缘块7，具有高强度，可耐260℃左右的高温。绝缘块也可以采用其他的高强度、绝缘性能好的材料制备，避免了大电流可能会流过试验机的危险，确保了试验仪器的安全使用。

所述试验机上还设置有引伸杆10，所述引伸杆分别固定在试样的上下方，用于监测试样的变形。

详见图7，所述试验机上还固定有高温炉3，所述高温炉用于提供试验所需的温度。

所述高温炉分为两个可以开合的型腔，每个所述型腔分别通过两个C形夹具14与试验机的支撑柱13连接，使得所述型腔能围绕所述支撑柱转动一定角度；所述支撑柱和所述C形夹具均采用磁性材料制备，使得两者能够紧密吸附，以免C形夹具沿所述支撑柱往下滑动。该处也可以是其他设置，只要能保证高温炉的型腔固定在支撑柱上且能够旋转。

详见图8，所述试样上还设置有热电偶16，所述热电偶用于实时监测试验温度；且所述热电偶与所述试样之间采用云母片15隔绝(也可以采用其他绝缘性能好且耐高温的材料进行隔绝)，防止大电流流过热电偶对温度检测***带来损坏。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种脉冲电流辅助蠕变时效的装置，其特征在于，包括脉冲电流发射器(1)和试验机(4)；

待蠕变的试样(8)的两端分别通过夹具(5)与所述试验机的上下的拉伸杆(6)连接；所述试样的两端还分别固定有一个导电电极(9)，所述脉冲电流发射器和两个所述导电电极之间分别通过耐高温的导电线(2)连接，所述导电电极的一端与所述试样直接连接，另一端与导电线连接，使得所述脉冲电流发射器、所述试样、所述导电线与导电电极之间构成电流回路；所述试验机上还固定有高温炉(3)，所述高温炉用于提供试验所需的温度；所述试样上还设置有测温装置和引伸杆(10)，所述测温装置用于实时监测试验温度，所述引伸杆用于监测试样的变形。

2.根据权利要求1所述的一种脉冲电流辅助蠕变时效的装置，其特征在于，两根所述拉伸杆上分别设置有绝缘块(7)。

3.根据权利要求2所述的一种脉冲电流辅助蠕变时效的装置，其特征在于，所述绝缘块采用聚四氟乙烯材料制成。

4.根据权利要求1所述的一种脉冲电流辅助蠕变时效的装置，其特征在于，所述导电线的外部包裹有耐高温云母材料。

5.根据权利要求1所述的一种脉冲电流辅助蠕变时效的装置，其特征在于，所述导电电极为L形紫铜板，所述L形紫铜板的其中一块板上设置有紫铜材质的压片(12)，所述导电线通过所述压片与所述L形紫铜板连接；所述L形紫铜板的另一块板与所述试样和所述夹具通过同一个紧固件连接在一起。

6.根据权利要求1所述的一种脉冲电流辅助蠕变时效的装置，其特征在于，所述高温炉分为两个可以开合的型腔，两个所述型腔分别固定在所述试验机的支撑柱(13)上。

7.根据权利要求6所述的一种脉冲电流辅助蠕变时效的装置，其特征在于，每个所述型腔分别通过两个C形夹具(14)与所述支撑柱连接，使得所述型腔能围绕所述支撑柱转动一定角度；所述支撑柱和所述C形夹具均采用磁性材料制备。

8.根据权利要求1所述的一种脉冲电流辅助蠕变时效的装置，其特征在于，所述测温装置采用热电偶(16)，且所述热电偶与所述试样之间采用云母片(15)隔绝。