CN214844434U - 一种用于航天金属薄板超高温拉伸性能测试的试样夹具 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于航天金属薄板超高温拉伸性能测试的试样夹具，属于航天材料超高温性能测试领域，解决了现有技术中航天金属薄板在超高温拉伸性能测试时，试样两端装卡不在同一个平面上，导致在拉伸测试时试样扭曲变形而无法测得准确的数据的问题。该试样夹具包括夹具主体，夹具主体的第一夹持部和第二夹持部上均设有圆孔；圆孔内滑动装配有形状和结构均相同的第一弧形垫块和第二弧形垫块；第一弧形垫块与第二弧形垫块在用于夹持金属薄板试样的弦平面上的相同位置设有凹槽；凹槽用于保证金属薄板试样的两端在被夹持时处于同一水平面上。本实用新型能够广泛应用于航天金属薄板超高温测试时试样的夹持。

Description

一种用于航天金属薄板超高温拉伸性能测试的试样夹具

技术领域

本实用新型涉及航天材料超高温性能测试技术领域，尤其涉及一种用于航天金属薄板超高温拉伸性能测试的试样夹具。

背景技术

许多航天器穿梭往返于大气层与外太空，在穿越大气层时，航天器外材料与大气层气体分子进行剧烈摩擦，航天器外材料表面温度极高。

因此航天领域的许多材料均需经受超高温条件(一般高于1000℃)。这使得航天材料不同于其他领域材料，需要广泛的进行超高温测试。其中的超高温拉伸性能测试是在超高温条件对材料的拉伸性能进行测试，其测试结果是材料在超高温条件下使用的重要依据，对于保证材料及其制品在超高温条件下使用时的安全可靠性有着重要的意义。

超高温条件下的拉伸测试，试样的夹持无法采用气动、液压夹具等主动夹持夹具，只能采用被动夹持夹具进行夹持。

对于板材试样的超高温拉伸性能测试而言，Y型台肩试样是最为常用的一种检测形式，该方案具有试样和夹具的加工简单，装夹试样方便，操作简单等优点。

由于航天材料对轻量化有着极高的要求，但在实际测试中，发现该方法在测试航天领域广泛使用的金属薄板时存在一定的局限性，问题在于该方法在夹持板材试样时，试样的台肩与夹具的之间通过摩擦力定位，在装夹金属薄板试样时，由于其容易发生变形，操作稍有不慎就会导致薄板试样两端装卡不在同一个平面上，这样在拉伸测试时会使得试样因发生扭曲变形而无法测得准确的数据，从而影响测试结果的有效性甚至导致测试失败。

实用新型内容

鉴于上述的分析，本实用新型旨在提供一种用于航天金属薄板超高温拉伸性能测试的试样夹具，用以解决现有航天金属薄板在超高温拉伸性能测试时，金属薄板试样两端(即第一Y型台肩和第二Y型台肩)装卡不在同一个平面上，导致在高温拉伸测试时金属薄板试样发生扭曲变形而无法测得准确的数据的问题。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

本实用新型提供了一种用于航天金属薄板超高温拉伸性能测试的试样夹具，包括夹具主体，夹具主体包括对称设置且结构相同的第一夹持部和第二夹持部；第一夹持部和第二夹持部上均设有圆孔；

圆孔内滑动装配有形状和结构均相同的第一弧形垫块和第二弧形垫块；第一弧形垫块与第二弧形垫块在用于夹持金属薄板试样的弦平面上的相同位置设有凹槽；

凹槽用于保证金属薄板试样的两端被夹持时处于同一水平面上。

在一种可能的设计中，第一弧形垫块和第二弧形垫块为弧形柱体；

弧形柱体包括弧形面和与弧形面连接的弦平面；弧形面与圆孔内壁接触且吻合，弦平面位于与金属薄板试样接触的一侧；

凹槽设于弧形柱体的弦平面上且垂直于弦平面。

在一种可能的设计中，金属薄板试样的两端分别为第一Y型台肩和第二Y型台肩；第一Y型台肩能够伸入第一夹持部的圆孔内并被卡设在对应的凹槽内，第二Y型台肩能够伸入第二夹持部的圆孔内并被卡设在对应的凹槽内；

凹槽用于保证金属薄板试样的第一Y型台肩和第二Y型台肩在被夹持时处于同一水平面上。

在一种可能的设计中，第一弧形垫块与第二弧形垫块的弧度相等且均等于0.4π～0.7π。

在一种可能的设计中，凹槽设于第一弧形垫块和第二弧形垫块的弦平面的中间位置。

在一种可能的设计中，形成凹槽的空腔由矩形腔和半圆形腔接合而形成，或者，形成凹槽的空腔由矩形腔和V形腔接合而形成。

在一种可能的设计中，第一弧形垫块和第二弧形垫块的凹槽的半圆形腔的半径r≥0.5b2。

在一种可能的设计中，第一弧形垫块和第二弧形垫块上的凹槽贯穿弧形垫块的弦平面。

在一种可能的设计中，第一弧形垫块和第二弧形垫块的凹槽的宽度b2＝b1+(0.2～0.4)mm；b1为金属薄板试样的厚度。

在一种可能的设计中，第一弧形垫块和第二弧形垫块的凹槽的深度h为0.3～0.5mm。

与现有技术相比，本实用新型至少可实现如下有益效果之一：

(1)与传统材料的拉伸测试和普通高温拉伸测试不同，航空航天领域所用材料多为耐高温的特殊材料，并且由于该领域对材料轻量化要求极高，因此广泛使用钛基、铝基、镍基等金属薄板，金属薄板要求厚度低于3mm。因此需要对金属薄板进行超高温拉伸性能测试。金属薄板的超高温测试中由于薄板材料厚度低，在超高温拉伸测试时，传统的夹具在夹持试样时会发生试样与夹具的相对位置发生变化，导致试样不在同一平面内发生扭曲变形，本实用新型通过在第一弧形垫块和第二弧形垫块上设置凹槽，金属薄板试样在进行超高温拉伸性能测试时，其第一Y型台肩和第二Y型台肩能够被卡在凹槽中以进行卡槽定位，进而保证金属薄板试样的第一Y型台肩和第二Y型台肩被固定在同一平面上，从而避免在超高温拉伸测试时因发生扭曲变形而无法测得准确的数据，影响测试结果的有效性甚至导致测试失败的问题。

(2)本实用新型的第一弧形垫块和第二弧形垫块上的凹槽贯穿弧形垫块的弦平面。当第一弧形垫块和第二弧形垫块上的凹槽贯穿金属弦平面时，试样夹具可通过被动方式实现夹取，有效避免了对超高温测试的试样因夹取而发生不必要的形状变化。

(3)本实用新型的试样夹具的凹槽宽度大于金属薄板试样的厚度，凹槽的宽度与金属薄板试样厚度之间的关系式为：b2＝b1+(0.2～0.4)mm，即凹槽的厚度比金属薄板试样的宽度多出0.2-0.4mm；若b2-b1小于0.2mm则可能会增加金属薄板试样卡入试样夹具的凹槽中的难度；若b2-b1大于0.4mm则可能会造成夹取试样后试样在夹具内的晃动，引起弯曲和变形。

(4)本实用新型的试样夹具结构简单，且容易操作简单，成本低等优点，具有很高的实际应用价值。

本实用新型中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本实用新型的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为金属薄板超高温拉伸Y型台肩试样示意图。

图2为楔形被动夹持夹具弧形垫块示意图。

图3为金属薄板试样夹持示意图；

图4为金属薄板试样实物被夹持示意图。

附图标记：

1-第一夹持部；2-第一弧形垫块；3-金属薄板试样；4-第二夹持部；5-第二弧形垫块。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本实用新型的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本实用新型的实施例一起用于阐释本实用新型的原理，并非用于限定本实用新型的范围。

如图1至图3所示，本实用新型提供了一种用于航天金属薄板超高温拉伸性能测试的试样夹具，该试样夹具包括夹具主体，夹具主体包括对称设置且结构相同的第一夹持部1和第二夹持部4；第一夹持部1和第二夹持部4上均设有圆孔；圆孔内滑动装配有形状和结构均相同的第一弧形垫块2和第二弧形垫块5；第一弧形垫块2与第二弧形垫块5在用于夹持金属薄板试样3的弦平面上的相同位置设有凹槽；金属薄板试样3的两端分别为第一Y型台肩和第二Y型台肩；第一Y型台肩能够伸入第一夹持部1的圆孔内并被卡设在对应的凹槽内，第二Y型台肩能够伸入第二夹持部4的圆孔内并被卡设在对应的凹槽内；凹槽用于保证金属薄板试样3的第一Y型台肩和第二Y型台肩在被夹持时处于同一水平面上。

具体地，本实用新型提供的用于航天金属薄板超高温拉伸性能测试的试样夹具包括夹具主体，夹具主体设有第一夹持部1和第二夹持部4，该第一夹持部1和第二夹持部4结构相同且对称设置；在第一夹持部1和第二夹持部4上均设有圆孔，圆孔内形成圆形腔；在该圆形腔内滑动装配有第一弧形垫块2和第二弧形垫块5，第一弧形垫块2与第二弧形垫块5的弧形面与圆孔内表面相吻合，且第一弧形垫块2和第二弧形垫块5能够与圆孔同圆心滑动；第一弧形垫块2与第二弧形垫块5在夹持金属薄板试样3的弦平面上的相同位置设有凹槽。

本实用新型的金属薄板试样3的两端设有第一Y型台肩和第二Y型台肩，第一Y型台肩能够伸入第一夹持部1的圆孔内并被卡设在对应的凹槽内，第二Y型台肩能够伸入第二夹持部4的圆孔内并被卡设在对应的凹槽内；凹槽用于保证金属薄板试样3的第一Y型台肩和第二Y型台肩在被夹持时处于同一水平面上。

与传统材料的拉伸测试和普通高温拉伸测试不同，航空航天领域所用材料多为耐高温的特殊材料，并且由于该领域对材料轻量化要求极高，因此广泛使用钛基、铝基、镍基等金属薄板，金属薄板要求厚度低于3mm。因此需要对金属薄板进行超高温拉伸性能测试。金属薄板的超高温测试中由于薄板材料厚度低，在超高温拉伸测试时，传统的夹具在夹持试样时会发生试样与夹具的相对位置发生变化，导致试样不在同一平面内发生扭曲变形。

针对现有技术存在的缺陷，本实用新型通过在第一弧形垫块2和第二弧形垫块5上设置凹槽，金属薄板试样3在进行超高温拉伸性能测试时，其第一Y型台肩和第二Y型台肩能够被卡在凹槽中以进行卡槽定位，进而保证金属薄板试样3的第一Y型台肩和第二Y型台肩被固定在同一平面上，从而避免在超高温拉伸测试时因发生扭曲变形而无法测得准确的数据，影响测试结果的有效性甚至导致测试失败的问题。另外，本实用新型的试样夹具结构简单，且容易操作简单，成本低等优点，具有很高的实际应用价值。

为了保证第一弧形垫块2和第二弧形垫块5能够沿着圆孔内壁进行滑动，本实用新型的第一弧形垫块2和第二弧形垫块5为弧形柱体；弧形柱体包括弧形面和与弧形面对立的弦平面；弧形面与圆孔内壁接触且吻合，弦平面位于与金属薄板试样3接触的一侧；凹槽设于弧形柱体的弦平面上且垂直于弦平面；形成凹槽的空腔由矩形腔和半圆形腔接合而形成。

具体地，如图4所示，本实用新型的第一弧形垫块2和第二弧形垫块5均为弧形柱体(或者为楔形块)，弧形柱体包括弧形面和与弧形面连接的弦平面，弧形柱体的弧形面与圆孔内壁相接触且与圆孔内壁完全吻合，弧形柱体能够通过其弧形面实现沿圆孔内壁滑动；弧形柱体的弦平面位于与金属薄板试样3接触的一侧；凹槽设于弧形柱体的弦平面上且垂直于该弦平面，形成凹槽的空腔由矩形腔和半圆形腔结合形成，其中，以弦平面为参考位置，半圆形腔位于弧形柱体的内部，矩形腔设于弧形柱体的外部。

需要说明的是，设置矩形腔的目的是保证能够容纳金属薄板试样3的第一Y型台肩和/或第二Y型台肩，使金属薄板的第一Y型台肩和第二Y型台肩被卡在矩形空腔内，试样夹具通过被动方式实现夹取金属薄板试样3，这种夹取方式能够有效避免金属薄板试样3因夹取而发生不必要的形状变化。

需要强调的是，形成凹槽的空腔由矩形腔和半圆形腔构成，设置半圆形腔的目的是半圆形腔能够使试样夹具适应不同厚度的试样，尤其是小于矩形腔厚度b2的金属薄板试样3，进而提高金属试样夹具的灵活性和适用性，同时能够避免对金属薄板试样3造成刚性的强力挤压，最终避免引起金属薄板试样3变形。

本实用新型的第一弧形垫块2与第二弧形垫块5的弧度相等且均等于0.4π～0.7π。将第一弧形垫块2与第二弧形垫块5的弧度控制在0.4π～0.7π范围内是因为：如果弧度太小会导致金属薄板试样3夹持不牢固；如果弧度太大则导致金属薄板试样3夹装比较麻烦。

为了保证金属薄板试样3的夹持效果及方便辅助夹具定位，本实用新型的凹槽设于第一弧形垫块2和第二弧形垫块5的弦平面的中间位置。若将凹槽的位置设于弦平面的边缘处，则在制作第一弧形垫块2和第二弧形垫块5时，不容易定位，不如设置在弦平面的中间位置好处理。

本实用新型提供的试样夹具主要是针对厚度为1-2mm金属薄板试样3的，而现有的试样夹具在处理该厚度的金属薄板试样3时存在一定的局限性，其在夹装金属薄板试样3时，由于金属薄板试样3容易变形，会导致无法获得准确的测试数据。

本实用新型的弧形柱体还包括第一柱面和第二柱面，第一柱面和第二柱面为对立面；第一弧形垫块2和第二弧形垫块5上的凹槽贯穿弧形垫块的弦平面。当第一弧形垫块2和第二弧形垫块5上的凹槽贯穿金属弦平面时，试样夹具可通过被动方式实现夹取，有效避免了对超高温测试的试样因夹取而发生不必要的形状变化。

本实用新型中的金属薄板试样3的厚度为b1，为了保证金属薄板试样3能够被卡入凹槽中，本实用新型的试样夹具的凹槽厚度大于金属薄板试样3的厚度，凹槽的厚度与金属薄板试样3厚度之间的关系式为：b2＝b1+(0.2～0.4)mm，即凹槽的厚度比金属薄板试样3的厚度多出0.2～0.4mm；若b2-b1小于0.2mm则可能会增加金属薄板试样3卡入试样夹具的凹槽中的难度；若b2-b1大于0.4mm则可能会造成夹取试样后试样在夹具内的晃动，引起弯曲和变形。

为了保证金属薄板试样3的第一Y型台肩和第二Y型台肩的边缘部分能够被卡入凹槽内以及保证其牢固性，本实用新型的第一弧形垫块2和第二弧形垫块5的凹槽的深度h为0.3～0.5mm；需要说明的是，凹槽深度是指矩形腔的宽度，而不计入半球形腔的深度(即半球形腔的半径)。

为了保证半圆形腔的直径大于矩形腔的厚度b2，避免在凹槽形成台阶，本实用新型的第一弧形垫块2和第二弧形垫块5的凹槽的半圆形半径r≥0.5b2。

需要说明的是，或者，本实用新型的凹槽形成的空腔也可以由矩形腔和V形腔接合而形成。设置V形腔的作用同样是为了使试样夹具适应不同厚度的金属薄板试样3。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于航天金属薄板超高温拉伸性能测试的试样夹具，其特征在于，包括夹具主体，所述夹具主体包括对称设置且结构相同的第一夹持部和第二夹持部；所述第一夹持部和第二夹持部上均设有圆孔；

所述圆孔内滑动装配有形状和结构均相同的第一弧形垫块和第二弧形垫块；所述第一弧形垫块与第二弧形垫块在用于夹持金属薄板试样的弦平面上的相同位置设有凹槽；

所述凹槽用于保证金属薄板试样的两端被夹持时处于同一水平面上。

2.根据权利要求1所述用于航天金属薄板超高温拉伸性能测试的试样夹具，其特征在于，所述第一弧形垫块和第二弧形垫块为弧形柱体；

所述弧形柱体包括弧形面和与弧形面连接的弦平面；所述弧形面与圆孔内壁接触且吻合，所述弦平面位于与金属薄板试样接触的一侧；

所述凹槽设于弧形柱体的弦平面上且垂直于所述弦平面。

3.根据权利要求1所述用于航天金属薄板超高温拉伸性能测试的试样夹具，其特征在于，所述金属薄板试样的两端分别为第一Y型台肩和第二Y型台肩；所述第一Y型台肩能够伸入第一夹持部的圆孔内并被卡设在对应的凹槽内，所述第二Y型台肩能够伸入第二夹持部的圆孔内并被卡设在对应的凹槽内；

所述凹槽用于保证金属薄板试样的第一Y型台肩和第二Y型台肩在被夹持时处于同一水平面上。

4.根据权利要求1所述用于航天金属薄板超高温拉伸性能测试的试样夹具，其特征在于，第一弧形垫块与第二弧形垫块的弧度相等且均等于0.4π～0.7π。

5.根据权利要求1所述用于航天金属薄板超高温拉伸性能测试的试样夹具，其特征在于，所述凹槽设于第一弧形垫块和第二弧形垫块的弦平面的中间位置。

6.根据权利要求2所述用于航天金属薄板超高温拉伸性能测试的试样夹具，其特征在于，形成所述凹槽的空腔由矩形腔和半圆形腔接合而形成，或者，形成所述凹槽的空腔由矩形腔和V形腔接合而形成。

7.根据权利要求6所述用于航天金属薄板超高温拉伸性能测试的试样夹具，其特征在于，所述第一弧形垫块和第二弧形垫块的凹槽的半圆形腔的半径r≥0.5b2。

8.根据权利要求2所述用于航天金属薄板超高温拉伸性能测试的试样夹具，其特征在于，所述第一弧形垫块和第二弧形垫块上的凹槽贯穿弧形垫块的弦平面。

9.根据权利要求8所述用于航天金属薄板超高温拉伸性能测试的试样夹具，其特征在于，所述第一弧形垫块和第二弧形垫块的凹槽的宽度b2＝b1+(0.2～0.4)mm；所述b1为金属薄板试样的厚度。

10.根据权利要求9所述用于航天金属薄板超高温拉伸性能测试的试样夹具，其特征在于，所述第一弧形垫块和第二弧形垫块的凹槽的深度h为0.3～0.5mm。

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