專利名稱：組合式高溫持久蠕變夾具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于力學(xué)性能測試技術(shù)，涉及一種組合式高溫持久蠕變夾具。
背景技術(shù)：
眾所周知，持久和蠕變是用于描述高溫結(jié)構(gòu)材料在高溫條件下耐受長時恒定載荷的性能。為了獲得材料的持久和蠕變強度，必須將材料加工成持久和蠕變試樣并裝入持久和蠕變試驗機進行持久和蠕變測試。持久和蠕變試驗機一般配有夾具以用于將試樣固定到試驗機上。 在常規(guī)的持久和蠕變試樣與夾具之間，通常采用螺紋連接的方式，以通過螺紋將施加的載荷均勻地傳遞到試樣的工作段。但這種螺紋連接方式存在高溫粘接的問題。艮P，當(dāng)在約90(TC以上的溫度下長時間加載試驗時，由于夾具和試樣表面原子在高溫載荷下的互擴散，使得夾具與試樣通過螺紋粘接在一起。這種粘接導(dǎo)致在試驗后無法將夾具和試樣分開，從而造成夾具的廢棄和測試成本的大大提高。 為了克服上述的夾具與試樣粘接的問題，中國專利《高溫持久試驗掛式夾具》(申請?zhí)朇N200420070662. 8)公開了一種臺肩式夾具連接方式。如圖l(a)和圖l(b)所示，這種臺肩式連接方式采用在夾具側(cè)面加工允許試樣進入的開口 105的結(jié)構(gòu)100。但是，這種結(jié)構(gòu)IOO具有受力不均勻的問題。圖l(b)所示的點陰影區(qū)域B為試樣端部受力的加載面?？梢钥闯?，由于夾具平臺具有允許試樣通過的開口。因此試樣在試驗時承受的載荷是不均勻的。這種受力不均勻性導(dǎo)致加載同軸性失衡，從而導(dǎo)致引伸計的測量計數(shù)相差較大并偏離試樣實際變形量。這種不均勻的受力使得夾具在一定時間的試驗后發(fā)生不均勻的變形，并由此加劇試樣在后面測試中的受力不均勻性。大量的高溫測試數(shù)據(jù)表明，在采用這種單側(cè)開槽的夾具進行的持久蠕變試驗中，裝配在試樣兩側(cè)的兩個引伸計的讀數(shù)常常相差十分明顯(> 10% )。另外，這種夾具的變形導(dǎo)致的夾具更換也增加測試的成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種受力均勻、測試成本低的一種組合式高溫持久蠕變夾具。 本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，夾具包括夾具主體和傳力構(gòu)件，夾具主體為腔體，夾具主體上開有與傳力構(gòu)件尺寸相對應(yīng)的開口 ，夾具主體的底部開有與試樣端部相適應(yīng)的貫通孔；傳力構(gòu)件分為兩塊置于夾具主體腔體底部，每塊傳力構(gòu)件的內(nèi)表面分為兩部分，一個部分為與試樣表面受壓部分對應(yīng)的受壓部分，另一個為與試樣表面受拉部分對應(yīng)的部分，傳力構(gòu)件內(nèi)表面的兩個部分均與試樣的端部相匹配，傳力構(gòu)件上與試樣表面受拉部分對應(yīng)的部分的高度是試樣工作段直徑的0. 5 5倍，傳力構(gòu)件的外周面和底面與夾具主體內(nèi)腔面緊配合，傳力構(gòu)件的外圓直徑是試樣工作段直徑的3 30倍，傳力構(gòu)件的高度是試樣工作段直徑的2 20倍。 所述的夾具主體上與傳力構(gòu)件尺寸相對應(yīng)的開口可開在夾具主體的側(cè)面。
所述的傳力構(gòu)件可分為2 5塊。 傳力構(gòu)件內(nèi)表面與試樣表面受壓部分對應(yīng)的受壓部分的底面可與加載方向垂直或與加載方向呈現(xiàn)一定的角度。 傳力構(gòu)件內(nèi)表面與試樣表面受壓部分對應(yīng)的受壓部分的底面與加載方向呈現(xiàn)的角度為40 90° 。本發(fā)明具有的優(yōu)點和有益效果， 根據(jù)本發(fā)明的組合式持久蠕變夾具可以在克服螺紋連接夾具的高溫粘接的問題的同時具有以下的優(yōu)點。通過根據(jù)本發(fā)明的組合式持久蠕變夾具，試樣受載面可以承載均勻的負載，從而避免在試驗過程中由于受力不均導(dǎo)致的試驗數(shù)據(jù)失效的問題。另外，與夾具主體相比，傳力構(gòu)件相對較小、制造成本較低的構(gòu)件。由于傳力構(gòu)件在試驗過程中代替夾具主體成為夾具破壞的主要構(gòu)件，因此，可以通過只更換傳力構(gòu)件避免夾具主體的更換，從而大大降低試驗成本。 除了適用于持久和蠕變試驗以外，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)還適用于其它高溫長時恒載連接構(gòu)件的連接。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)的示意圖，其中，圖l(b)是圖l(a)中的A-A剖面 圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，圖2(b)是圖2(a)中的A' -A'剖面 圖3是本發(fā)明的實施例l的試樣夾具裝配示意圖，其中，圖3(b)圖3(a)中的A-A剖面圖； 圖4是本發(fā)明的實施例2的試樣夾具裝配示意圖。
具體實施例方式
以下，參照附圖解釋根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
實施例1 首先，參照圖2(a)和圖2(b)。如圖2(a)和圖2(b)所示，組合式持久蠕變夾具200包括夾具主體210和一對傳力構(gòu)件220和230。夾具主體210用于與持久或蠕變試驗機連接并承載來自試驗機的拉伸載荷。夾具主體包括直接和試驗機連接的連桿211及與連桿211 —體化的框形構(gòu)件，在該框形構(gòu)件中，形成用于容納傳力構(gòu)件220和230的空腔212和用于接收和取出試樣端部的貫通孔213?？涨?12具有接收和取出傳力構(gòu)件220和230的側(cè)面開口 214，該開口 214具有與傳力構(gòu)件220和230的外部輪廓尺寸相對應(yīng)或稍大的尺寸。在空腔212的底部，具有用于承載一對傳力構(gòu)件220和230的凹槽。夾具主體底部在中心位置開有貫通孔213，該貫通孔213具有與試樣端部相對應(yīng)或稍大的尺寸。
—對傳力構(gòu)件220和230是通過在圓柱體中去除與試樣端部形狀相配的部分并沿縱軸將圓柱體一分為二形成的兩個尺寸相同的構(gòu)件。傳力構(gòu)件220和230的底面與夾具主體210的內(nèi)腔的底面相配。傳力構(gòu)件220和230具有在試驗過程中容納試樣端部的與試樣受壓面對應(yīng)的表面11和12和與試樣表面受拉部分對應(yīng)的表面13。 作為夾具主體210的形成材料，可以采用等軸晶高溫合金、定向結(jié)晶高溫合金和單晶高溫合金等可耐受100(TC、更優(yōu)選IIO(TC以上的溫度的高溫結(jié)構(gòu)材料。以上所列的高溫結(jié)構(gòu)材料僅是例子，并且，也可使用其它的高溫結(jié)構(gòu)材料。
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作為傳力構(gòu)件220和230的形成材料，可以采用與夾具主體210的材料相同的材 料或不同的材料。作為例子，可以采用等軸晶高溫合金、定向結(jié)晶高溫合金和單晶高溫合金 等可耐受100(TC、更優(yōu)選IIO(TC以上的溫度的高溫結(jié)構(gòu)材料。
實施例2 以下，參照圖4說明根據(jù)本發(fā)明的組合式持久蠕變夾具的另一結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)與以 上的結(jié)構(gòu)不同之處在于，夾具主體410的空腔的凹槽被設(shè)計為與加載方向呈現(xiàn)一定的角 度，該角度的范圍為40 90。、優(yōu)選45° 80° ，更優(yōu)選50 70。。與該角度相對應(yīng)，傳 力構(gòu)件420和430的凹槽底面也可被設(shè)計為與加載方向呈現(xiàn)一定的角度，該角度的范圍為 40 90° 、優(yōu)選45° 80° ，更優(yōu)選50 70。。傳力構(gòu)件420和430的凹槽底面優(yōu)選與 夾具主體410的空腔的凹槽底面平行。在本實施例中，如圖4所示，試樣P'端部具有與傳 力構(gòu)件420和430的凹槽底面相配的斜面。 參照圖3說明根據(jù)本發(fā)明的實施例的持久蠕變試樣的裝夾方法。在使用時，首先， 將夾具主體210與試驗機(未示出)連接。然后，經(jīng)由貫通孔213將試樣P伸入空腔212。 然后，經(jīng)由空腔212的開口將一對傳力構(gòu)件220和230放入空腔212并將使之以圖3(a)所 示的方式分別與夾具主體210和試樣P配合。通過相同的方法，將分別與夾具主體210和 傳力構(gòu)件220和230相同的另一夾具主體(未示出)和另一對傳力構(gòu)件(未示出)與試樣 的另一端連接。然后，對于另一夾具主體施加恒定載荷并進行試驗。 如圖3(b)所示，持久蠕變試樣端部承載面為圖中的點陰影區(qū)域B'。因此，與現(xiàn)有
技術(shù)中的臺肩式夾具相比，本實施例的組合式夾具可以實現(xiàn)對于試樣端部的均勻加載。
實例1 試樣端部臺肩為直徑12mm、高度為6mm的圓柱體，中間段為直徑5mm、高度為32mm 的圓柱體。傳力構(gòu)件表面11高為6mm，表面13高為6mm。兩個完全相同的傳力構(gòu)件經(jīng)組合 之后形成外徑為14mm、高度為12mm的圓筒。圓筒內(nèi)部以同心的方式包括直徑12mm、高度為 6mm以及直徑12mm、高度為6mm的中空部分。夾具主體為外徑25mm的圓筒體，圓筒體底部 的高度為6mm，貫通孔213的直徑為5mm。通過已知的鑄造和機械加工方法，通過DZ125合 金制造夾具主體和傳力構(gòu)件。
實例2 試樣端部臺肩為直徑10mm、高度為5mm的圓柱體，中間段為直徑5mm、高度為32mm 的圓柱體。傳力構(gòu)件表面11高為5mm，表面13高為6mm。兩個完全相同的傳力構(gòu)件經(jīng)組合 之后形成外徑為14mm、高度為12mm的圓筒。圓筒內(nèi)部以同心的方式包括直徑12mm、高度為 5mm以及直徑12mm、高度為6mm的中空部分。夾具主體為外徑22mm的圓筒體，圓筒體底部的 高度為6mm，貫通孔213的直徑為5mm。。通過已知的鑄造和機械加工方法，分別通過DZ125 合金和DD6合金制造夾具主體和傳力構(gòu)件。
實例3 試樣端部臺肩為直徑12mm、高度為6mm的圓柱體，中間段為直徑5mm、高度為32mm 的圓柱體。傳力構(gòu)件表面11高為5mm，表面13高為7mm。兩個完全相同的傳力構(gòu)件經(jīng)組合 之后形成外徑為14mm、高度為12mm的圓筒。圓筒內(nèi)部以同心的方式包括直徑12mm、高度為 5mm以及直徑12mm、高度為7mm的中空部分。夾具主體為外徑22mm的圓筒體，圓筒體底部 的高度為6mm，貫通孔213的直徑為5mm。通過已知的鑄造和機械加工方法，分別通過DZ125合金和DD6合金制造夾具主體和傳力構(gòu)件。
實例4 除了夾具主體410的空腔的凹槽底面被設(shè)計為與加載方向呈現(xiàn)80。的角度并且傳力構(gòu)件420和430的凹槽底面與夾具主體410的空腔的凹槽底面平行以外，本實例4的結(jié)構(gòu)和材料與實例3相同。
實例5除了夾具主體410的空腔的凹槽底面被設(shè)計為與加載方向呈現(xiàn)70。的角度并且傳力構(gòu)件420和430的凹槽底面與夾具主體410的空腔的凹槽底面平行以外，本實例4的結(jié)構(gòu)和材料與實例3相同。
權(quán)利要求
一種組合式持久蠕變夾具，其特征在于，夾具包括夾具主體和傳力構(gòu)件，夾具主體為腔體，夾具主體在側(cè)面上開有與傳力構(gòu)件尺寸相對應(yīng)的開口，夾具主體在底部開有與試樣端部相適應(yīng)的貫通孔；傳力構(gòu)件分為兩塊置于夾具主體腔體底部，每塊傳力構(gòu)件的內(nèi)表面分為兩部分，一個部分為與試樣表面受壓部分對應(yīng)的受壓部分，另一個為與試樣表面受拉部分對應(yīng)的部分，傳力構(gòu)件內(nèi)表面的兩個部分均與試樣的端部相匹配，傳力構(gòu)件上與試樣表面受拉部分對應(yīng)的部分的高度是試樣工作段直徑的0.5～5倍，傳力構(gòu)件的外周面和底面與夾具主體內(nèi)腔面緊配合，傳力構(gòu)件的外圓直徑是試樣工作段直徑的3～30倍，傳力構(gòu)件的高度是試樣工作段直徑的2～20倍。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l的組合式持久蠕變夾具，其特征在于，所述的夾具主體上與傳力構(gòu) 件尺寸相對應(yīng)的開口開在夾具主體的側(cè)面或頂面。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1的組合式持久蠕變夾具，其特征在于，所述的傳力構(gòu)件分為2 5塊。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l的組合式持久蠕變夾具，其特征在于，傳力構(gòu)件內(nèi)表面與試樣表面 受壓部分對應(yīng)的受壓部分的底面與加載方向垂直或與加載方向呈現(xiàn)角度。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4的組合式持久蠕變夾具，其特征在于，傳力構(gòu)件內(nèi)表面與試樣表面 受壓部分對應(yīng)的受壓部分的底面與加載方向呈現(xiàn)的角度為40 90° 。
全文摘要
本發(fā)明屬于力學(xué)性能測試技術(shù)，涉及一種組合式高溫持久蠕變夾具。夾具包括夾具主體和傳力構(gòu)件，夾具主體為腔體，夾具主體上開有與傳力構(gòu)件尺寸相對應(yīng)的開口，夾具主體的底部開有與試樣端部相適應(yīng)的貫通孔；傳力構(gòu)件分為兩塊置于夾具主體腔體底部，每塊傳力構(gòu)件的內(nèi)表面分為兩部分，一個部分為與試樣表面受壓部分對應(yīng)的受壓部分，另一個為與試樣表面受拉部分對應(yīng)的部分，傳力構(gòu)件內(nèi)表面的兩個部分均與試樣的端部相匹配。根據(jù)本發(fā)明的組合式持久蠕變夾具，試樣受載面可以承載均勻的負載，從而避免在試驗過程中由于受力不均導(dǎo)致的試驗數(shù)據(jù)失效的問題。
文檔編號G01N3/04GK101718653SQ20091025956
公開日2010年6月2日 申請日期2009年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月21日
發(fā)明者于慧臣, 李影 申請人:中國航空工業(yè)集團公司北京航空材料研究院