一種通電拉伸試件的溫度測量方法及拉伸試驗裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種通電拉伸試件的溫度測量方法及拉伸試驗裝置。通過熱電偶配合以帶有絕緣夾頭的電子萬能試驗機完成金屬試件通電單向拉伸試驗及試件溫度的實時測量；首先對試件噴涂防護劑進行防氧化處理，待表面防護涂層在室溫下自然干燥后；對熱電偶進行絕緣處理，通過電子萬能試驗機的絕緣夾頭對兩個單拉試件進行裝夾，并將熱電偶夾持在兩個試件中間，保證了熱電偶所測得的溫度為試件中心位置的真實溫度，接通直流電源對試件進行加熱，并通過熱電偶測溫儀對試件溫度實時測量，待試件達到穩(wěn)定溫度后，啟動電子萬能試驗機進行試件單向拉伸試驗，不僅能保證單拉試件溫度測量準(zhǔn)確，而且試驗裝置結(jié)構(gòu)簡單，制造周期短，成本低廉。
【專利說明】一種通電拉伸試件的溫度測量方法及拉伸試驗裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及金屬材料熱成形【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地說，涉及一種通電拉伸試件的溫度測量方法及拉伸試驗裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]對于一些金屬結(jié)構(gòu)材料，在常溫下，它們的成形比較困難且回彈量大，但是若對材料毛坯進行熱成形，則可大大改善其成形性能，回彈、起皺在熱成形過程中基本可以排除，因此出現(xiàn)了熱輻射加熱、電爐加熱、氧乙炔焰加熱和電阻加熱等各種的材料熱成形法。電阻加熱成形工藝是利用材料的導(dǎo)熱性能低、電阻系數(shù)大的特性通過向待加工零件自身通電，加熱到成形溫度而成形的工藝。電阻加熱的優(yōu)點是工件處在高溫下的時間短，可減少氧污染且不需要酸洗清除氧化皮工序，可避免材料受氫污染，同時，電阻加熱也可避免由于傳輸零件而產(chǎn)生的熱量損失。
[0003]為了研宄金屬材料的熱成形性能，尤其是導(dǎo)熱性能低、電阻系數(shù)大的金屬材料，有必要對試件進行電阻加熱拉伸試驗；電阻加熱拉伸試驗是指利用一些材料的導(dǎo)熱性能低、電阻系數(shù)大的特性，通過向待加工試件自身通電，加熱到成形溫度后拉伸試件直到斷裂的試驗。獲得金屬材料在高溫下力學(xué)性能參數(shù)，為進一步研宄材料的熱成形行為提供基礎(chǔ)。
[0004]在對試件進行通電拉伸試驗方面，發(fā)明專利CN103543073A “一種形狀記憶合金絲材的機械性能測試與熱機訓(xùn)練裝置”公開了一種形狀記憶合金絲材的機械性能測試與熱機訓(xùn)練裝置，其包括數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)、步進電機驅(qū)動模塊、力采集模塊、電源控制模塊和溫度測量模塊，利用編寫的LabView用戶化圖形界面程序?qū)崿F(xiàn)控制步進電機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動位移，并可根據(jù)拉力傳感器和溫度采集卡實時采集的信號進行反饋，實現(xiàn)對形狀記憶合金絲材的機械性能測試，熱機訓(xùn)練的自動化運行功能；但存在以下不足，在溫度測量時，將熱電偶與待測試形狀記憶合金絲材表面接觸，在拉伸過程中會因為外界空氣流動以及接觸狀態(tài)的不斷變化使得所測量到的溫度與試件實際溫度產(chǎn)生較大差異，另外，熱電偶的固定方式若采用膠黏劑粘貼方式在溫度較高時容易脫落，若采用焊接方式則操作復(fù)雜并且影響熱電偶靈敏度。因此，急需一種可解決通電拉伸試件的溫度準(zhǔn)確測量及熱電偶的安裝固定問題的方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中通電拉伸試件的溫度準(zhǔn)確測量及熱電偶的安裝固定問題，本發(fā)明提出一種通電拉伸試件的溫度測量方法及拉伸試驗裝置。針對金屬試件通電單向拉伸試驗，提供一種熱電偶所測得的溫度為試件中心位置真實溫度的方法，不僅能保證單拉試件溫度測量準(zhǔn)確，方便熱電偶的固定，而且拉伸試驗裝置結(jié)構(gòu)簡單，制造周期短，成本低廉。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種通電拉伸試件的溫度測量方法，其特征在于包括以下步驟:
[0007]步驟1.拉伸試驗準(zhǔn)備；選擇金屬試件，在試件表面噴涂防氧化防護劑，并采用耐高溫?zé)o機絕緣膠對熱電偶進行絕緣處理；采用絕緣夾頭對兩個單拉試件進行裝夾，并采用兩個試件復(fù)合拉伸的方式，將熱電偶放置在兩個單拉試件中間，利用試件拉伸后的繃緊力將熱電偶夾持在兩個試件中間；
[0008]步驟2.拉伸試驗參數(shù)設(shè)定；拉伸前對試件通入直流電使得試件溫度穩(wěn)定在設(shè)定溫度；所設(shè)定的溫度根據(jù)金屬材料的特點及試驗要求確定，按照常規(guī)試驗方法確定萬能試驗機的拉伸速度；
[0009]步驟3.通電加熱試件；開啟設(shè)備電源，對試件通入直流電，通過熱電偶測溫儀對試件的溫度實時測量，每隔3s采集一個溫度數(shù)據(jù)，且不斷加大電流值，使得試件不斷升溫，待試件溫度達到預(yù)先要求的溫度后，等待溫度穩(wěn)定3min后開始拉伸試驗；
[0010]步驟4.進行拉伸試驗；啟動電子萬能試驗機，對試件進行單向拉伸試驗；拉伸的過程中，試件標(biāo)距區(qū)域內(nèi)的橫截面積逐漸減小，拉伸試件在標(biāo)距段發(fā)生失穩(wěn)產(chǎn)生少量頸縮，若通入試件的電流不變，則流經(jīng)試件的電流密度增大，引起拉伸試件溫度產(chǎn)生波動，可調(diào)低電源當(dāng)前的電流值，使試件溫度穩(wěn)定在設(shè)定溫度，熱電偶每隔3s記錄一個溫度數(shù)值，直到試件斷裂，關(guān)閉設(shè)備電源，試驗結(jié)束。
[0011]一種用于所述溫度測量方法進行通電拉伸試件的拉伸試驗裝置，電子萬能試驗機采用CSS-44100型，電子萬能試驗機的活動橫梁位于上橫梁的下方，拉伸試驗裝置位于上橫梁與活動橫梁之間，其特點是:拉伸試驗裝置包括上絕緣夾頭、下絕緣夾頭、連接銷、電源裝置、熱電偶測溫儀、熱電偶探頭、上連桿、絕緣板、夾持塊、下連桿，上絕緣夾頭的上連桿與上橫梁通過連接銷固連，下絕緣夾頭的下連桿與活動橫梁通過連接銷固連，上絕緣夾頭、下絕緣夾頭分別通過各自連接的夾持塊與試件的兩端固連，熱電偶探頭夾持在兩個試件的中間部位，熱電偶探頭與熱電偶測溫儀連接，電源裝置的兩根導(dǎo)線分別連接在上絕緣夾頭的夾持塊和下絕緣夾頭的夾持塊上；所述絕緣板為長方體，端部有凸塊，兩塊絕緣板的兩端分別與夾持塊、上連桿固連，夾持塊位于絕緣板的凸塊部位；夾持塊的夾持端有U形夾口 ；所述上連桿為T形結(jié)構(gòu)，上連桿的寬端固定在兩塊絕緣板之間，上連桿的厚度與夾持塊的厚度相同；所述下連桿一端為平板、另一端為階梯形圓桿結(jié)構(gòu)，下連桿的圓桿端部和靠近平板部位分別有通孔，下連桿平板部位固定在兩塊絕緣板之間，下連桿平板部位的厚度與夾持塊的厚度相同。
[0012]有益效果
[0013]本發(fā)明通電拉伸試件的溫度測量方法及拉伸試驗裝置，通過對金屬試件通電單向拉伸試驗，提供一種熱電偶所測得的溫度為試件中心位置真實溫度的方法，不僅單拉試件溫度測量準(zhǔn)確，方便熱電偶的固定，而且拉伸試驗裝置結(jié)構(gòu)簡單。首先，對試件進行防氧化處理，待試件表面防護涂層在室溫下干燥后，對熱電偶進行絕緣處理；采用兩個試件復(fù)合拉伸的方式，將熱電偶夾持在兩個單拉試件中間，通過電子萬能試驗機的絕緣夾頭對兩個單拉試件進行裝夾，利用試件拉伸后的繃緊力將熱電偶牢固夾持在兩個試件中間，有效地解決了采用膠黏劑粘貼方式在溫度較高時容易脫落，或采用焊接方式所帶來的操作復(fù)雜及影響熱電偶靈敏度的問題；同時，避免了直接將熱電偶與待測試件表面接觸，在拉伸過程中由于外界空氣流動以及接觸狀態(tài)的不斷變化使得所測量到的溫度與試件實際溫度產(chǎn)生較大差異，保證了熱電偶所測得的溫度為試件中心部位的真實溫度。通過熱電偶測溫儀對試件溫度實時測量，待試件達到穩(wěn)定溫度后，啟動電子萬能試驗機進行試件單向拉伸試驗。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]下面結(jié)合附圖和實施方式對本發(fā)明一種通電拉伸試件的溫度測量方法及拉伸試驗裝置作進一步詳細說明。
[0015]圖1為本發(fā)明拉伸試驗裝置示意圖。
[0016]圖2 (a) (b)為兩個試件復(fù)合拉伸方式示意圖。
[0017]圖3為本發(fā)明的上絕緣夾頭示意圖。
[0018]圖4為本發(fā)明的上絕緣夾頭爆炸圖。
[0019]圖5為本發(fā)明的下絕緣夾頭示意圖。
[0020]圖6為本發(fā)明的下絕緣夾頭爆炸圖。
[0021]圖7為本發(fā)明在實施例中不同應(yīng)變速率下通電拉伸的應(yīng)力應(yīng)變曲線圖。
[0022]圖中:
[0023]1.上橫梁2.連接銷3.上絕緣夾頭4.試件401.試件(a) 402.試件(b)5.下絕緣夾頭6.活動橫梁7.電源裝置8.熱電偶測溫儀9.熱電偶探頭10.上連桿11.絕緣板12.夾持塊13.下連桿

【具體實施方式】
[0024]本實施例是一種通電拉伸試件的溫度測量方法及拉伸試驗裝置，通過熱電偶配合以帶有絕緣夾頭的電子萬能試驗機完成金屬材料試件通電單向拉伸試驗及試件溫度的實時測量。首先，對金屬材料試件進行防氧化處理，在兩個試件表面均勻噴涂防氧化防護劑，待表面防護涂層在室溫下自然干燥后，通過試驗機夾頭對試件進行裝夾；然后，對熱電偶進行絕緣處理，按照使用要求將耐高溫?zé)o機絕緣膠混合均勻后，在熱電偶上涂抹一層絕緣膠，按照高溫?zé)o機絕緣膠固化條件進行固化，完成熱電偶絕緣處理，防止夾持在兩個單拉試件中間的熱電偶由于絕緣問題而產(chǎn)生測量漂移。通過電子萬能試驗機的絕緣夾頭對兩個單拉試件進行裝夾，并采用兩個試件復(fù)合拉伸的方式，將熱電偶夾持在兩個單拉試件中間，利用試件拉伸后的繃緊力將熱電偶夾持在兩個試件中間，不但方便熱電偶固定，而且保證了熱電偶所測得的溫度為試件中心位置的真實溫度。
[0025]參閱圖1?圖7，電子萬能試驗機采用CSS-44100型，電子萬能試驗機的活動橫梁6位于上橫梁I的下方，拉伸試驗裝置安裝在上橫梁I與活動橫梁6之間。拉伸試驗裝置包括上絕緣夾頭3、下絕緣夾頭5、連接銷2、電源裝置7、熱電偶測溫儀8、熱電偶探頭9、上連桿10、絕緣板11、夾持塊12、下連桿13 ;上絕緣夾頭3的上連桿10與上橫梁I通過連接銷2固連，下絕緣夾頭5的下連桿13與活動橫梁6通過連接銷2固定連接，上絕緣夾頭3、下絕緣夾頭5分別通過各自連接的夾持塊12與試件4的兩端固定連接；試件4由兩個結(jié)構(gòu)相同的試件(a)401和試件(b)402組成，試件4兩端有圓孔，試件4上端通過螺栓緊固在上絕緣夾頭3的夾持塊12上，試件4下端通過螺栓緊固在下絕緣夾頭5的夾持塊12上。拉伸時，上橫梁I保持不動，活動橫梁6向下移動，完成單向拉伸試驗，熱電偶探頭9夾持在試件(a)401和試件(b)402的中間部位，熱電偶探頭9與熱電偶測溫儀8連接，熱電偶測溫儀8通過熱電偶探頭9測量單拉試件4的溫度。電源裝置7的兩根導(dǎo)線分別固定在上絕緣夾頭3的夾持塊和下絕緣夾頭5的夾持塊邊緣處。
[0026]絕緣板11為長方體，端部有凸塊，絕緣板11的兩端有螺孔，兩塊絕緣板11的兩端分別與夾持塊12、上連桿10固連，夾持塊12安裝在絕緣板的凸塊部位，上連桿10安裝在絕緣板11的另一端，夾持塊12的夾持端有U形夾口，夾口處內(nèi)表面之間的間距根據(jù)所夾持拉伸試件的厚度確定，由于本實施例采用兩個試件復(fù)合拉伸的方式，夾口的開口間距為7_。絕緣板11采用有機玻璃制成。夾持塊12采用45號鋼制成。上連桿10為T形結(jié)構(gòu)，上連桿的寬端固定在兩塊絕緣板之間，上連桿的厚度與夾持塊的厚度相同；上連桿10另一端上有連接孔。
[0027]下絕緣夾頭5和上絕緣夾頭3具有相同的夾持塊12及絕緣板11，下絕緣夾頭5和上絕緣夾頭3的區(qū)別在于下連桿13和上連桿10的結(jié)構(gòu)不同。下連桿13 —端為平板，另一端為階梯形圓桿結(jié)構(gòu)，下連桿13的圓桿端部和靠近平板部位分別有通孔，下連桿平板部位固定在兩塊絕緣板之間，下連桿13平板部位的厚度與夾持塊12的厚度相同。下連桿的圓桿長度和外形尺寸與電子萬能試驗機的活動橫梁配合，通過安裝的銷釘，實現(xiàn)下絕緣夾頭5與電子萬能試驗機活動橫梁6之間的定位，通過連接銷2將下絕緣夾頭5安裝在電子萬能試驗機活動橫梁6上并固定。
[0028]本實施例中，單向拉伸試件為3.5mm厚的TC4鈦合金薄板，因此，試件4的厚度為7mm,按照國家標(biāo)準(zhǔn)《GB6397-86金屬拉伸試驗試樣》的有關(guān)規(guī)定，同時依據(jù)鈦合金板材的實際尺寸來確定各試件的總體尺寸。單拉試驗兩端有直徑為8.5mm的固定孔，距端面的距離為15mm，用以拉伸過程中固定試件4。單個試件總體長度為130mm，拉伸試件的標(biāo)距段寬度為6mm，標(biāo)距段長度為50mm，拉伸試件夾持部分的寬度為20mm，過渡圓角的半徑為10mm。
[0029]本實施例通電拉伸試件的溫度測量方法，具體步驟如下:
[0030]第一步，拉伸試驗準(zhǔn)備；測量兩個單拉試件的初始尺寸數(shù)據(jù)，在試件表面噴涂二氧化鈦防氧化防護劑，待表面防護涂層在室溫下自然干燥后，進行試件裝夾，進行后續(xù)試驗。然后，采用耐高溫?zé)o機絕緣膠對熱電偶進行絕緣處理，所采用的耐高溫?zé)o機絕緣膠為DB5012，其化學(xué)成分Si02為絕緣材料，其可耐受1700°C的高溫，按照高溫?zé)o機絕緣膠固化條件，將絕緣處理的熱電偶在常溫下放置24小時后，再在80 °C的加熱爐中恒溫放置2小時，其后，再在120°C中保溫2小時，使無機絕緣膠固化徹底，完成熱電偶絕緣處理過程。最后，采用絕緣夾頭對兩個單拉試件進行裝夾，并采用兩個試件復(fù)合拉伸的方式，將熱電偶夾持在兩個單拉試件中間，利用兩個試件拉伸后的繃緊力將熱電偶夾持在兩個試件中間。
[0031]第二步，拉伸試驗參數(shù)設(shè)定；開始拉伸試件之前，對試件通入直流電使得試件溫度穩(wěn)定在設(shè)定溫度，所設(shè)定的溫度根據(jù)鈦合金材料的特點及試驗要求確定，本實施例設(shè)定溫度為700°C。本實施例采用三種不同的應(yīng)變速率進行拉伸，三種應(yīng)變速率為0.33 X KT3iT1，1.67X KT3s-1,和8.33X ΙΟ、'其中，應(yīng)變速率為0.33X KT3S4對應(yīng)的萬能試驗機的拉伸速度為lmm/min，應(yīng)變速率為1.67 X ΙΟ?對應(yīng)的萬能試驗機的拉伸速度為5mm/min，應(yīng)變速率為8.33 X 10?對應(yīng)的萬能試驗機的拉伸速度為25mm/min。通過進行上述試驗，獲得鈦合金在700°C時不同應(yīng)變速率下的應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系曲線。
[0032]第三步，通電加熱試件；開啟設(shè)備電源，對試件通以直流電，熱電偶實時監(jiān)測試件的表面溫度，每隔3s采集一個溫度數(shù)據(jù)。然后不斷加大電流值，使得試件不斷升溫，待試件的溫度達到預(yù)先設(shè)定的700°C溫度后，等待溫度穩(wěn)定3min后開始拉伸試驗。
[0033]第四步，進行拉伸試驗；當(dāng)拉伸試件的溫度達到700°C并穩(wěn)定后，啟動電子萬能試驗機，對試件進行單向拉伸試驗。拉伸的過程中，試件標(biāo)距區(qū)域內(nèi)的橫截面積逐漸減小，拉伸試件在標(biāo)距段發(fā)生失穩(wěn)而產(chǎn)生少量頸縮，若通入試件的電流不變，則流經(jīng)試件的電流密度增大，會引起拉伸試件溫度略微上升進而產(chǎn)生波動。此時，可調(diào)低電源當(dāng)前的電流值，一般調(diào)低2A-6A，使試件溫度穩(wěn)定在700°C，并采用熱電偶每隔3s記錄一個溫度數(shù)值，直到試件斷裂，關(guān)閉設(shè)備電源，待試件溫度冷卻后，取下拉斷后的試件，結(jié)束試驗。
【權(quán)利要求】
1.一種通電拉伸試件的溫度測量方法，其特征在于包括以下步驟: 步驟1.拉伸試驗準(zhǔn)備；選擇金屬試件，在試件表面噴涂防氧化防護劑，并采用耐高溫?zé)o機絕緣膠對熱電偶進行絕緣處理；采用絕緣夾頭對兩個單拉試件進行裝夾，并采用兩個試件復(fù)合拉伸的方式，將熱電偶放置在兩個單拉試件中間，利用試件拉伸后的繃緊力將熱電偶夾持在兩個試件中間； 步驟2.拉伸試驗參數(shù)設(shè)定；拉伸前對試件通入直流電使得試件溫度穩(wěn)定在設(shè)定溫度；所設(shè)定的溫度根據(jù)金屬材料的特點及試驗要求確定，按照常規(guī)試驗方法確定萬能試驗機的拉伸速度； 步驟3.通電加熱試件；開啟設(shè)備電源，對試件通入直流電，通過熱電偶測溫儀對試件的溫度實時測量，每隔3s采集一個溫度數(shù)據(jù)，且不斷加大電流值，使得試件不斷升溫，待試件溫度達到預(yù)先要求的溫度后，等待溫度穩(wěn)定3min后開始拉伸試驗； 步驟4.進行拉伸試驗；啟動電子萬能試驗機，對試件進行單向拉伸試驗；拉伸的過程中，試件標(biāo)距區(qū)域內(nèi)的橫截面積逐漸減小，拉伸試件在標(biāo)距段發(fā)生失穩(wěn)產(chǎn)生少量頸縮，若通入試件的電流不變，則流經(jīng)試件的電流密度增大，引起拉伸試件溫度產(chǎn)生波動，可調(diào)低電源當(dāng)前的電流值，使試件溫度穩(wěn)定在設(shè)定溫度，熱電偶每隔3s記錄一個溫度數(shù)值，直到試件斷裂，關(guān)閉設(shè)備電源，試驗結(jié)束。
2.一種用于權(quán)利要求1所述溫度測量方法進行通電拉伸試件的拉伸試驗裝置，電子萬能試驗機采用CSS-44100型，電子萬能試驗機的活動橫梁位于上橫梁的下方，拉伸試驗裝置位于上橫梁與活動橫梁之間，其特征在于:拉伸試驗裝置包括上絕緣夾頭、下絕緣夾頭、連接銷、電源裝置、熱電偶測溫儀、熱電偶探頭、上連桿、絕緣板、夾持塊、下連桿，上絕緣夾頭的上連桿與上橫梁通過連接銷固連，下絕緣夾頭的下連桿與活動橫梁通過連接銷固連，上絕緣夾頭、下絕緣夾頭分別通過各自連接的夾持塊與試件的兩端固連，熱電偶探頭夾持在兩個試件的中間部位，熱電偶探頭與熱電偶測溫儀連接，電源裝置的兩根導(dǎo)線分別連接在上絕緣夾頭的夾持塊和下絕緣夾頭的夾持塊上；所述絕緣板為長方體，端部有凸塊，兩塊絕緣板的兩端分別與夾持塊、上連桿固連，夾持塊位于絕緣板的凸塊部位；夾持塊的夾持端有U形夾口 ；所述上連桿為T形結(jié)構(gòu)，上連桿的寬端固定在兩塊絕緣板之間，上連桿的厚度與夾持塊的厚度相同；所述下連桿一端為平板、另一端為階梯形圓桿結(jié)構(gòu)，下連桿的圓桿端部和靠近平板部位分別有通孔，下連桿平板部位固定在兩塊絕緣板之間，下連桿平板部位的厚度與夾持塊的厚度相同。
【文檔編號】G01N3/04GK104515707SQ201510012160
【公開日】2015年4月15日 申請日期:2015年1月12日 優(yōu)先權(quán)日:2015年1月12日
【發(fā)明者】王永軍, 孫寶龍, 武偉超, 王望, 楊凱, 劉天驕 申請人:西北工業(yè)大學(xué)