一種彎曲橫梁應力腐蝕試驗的裝置和方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及研究金屬(包括合金，也可用于其他材料)應力腐蝕行為的試驗方法和裝置技術領域，具體涉及一種彎曲橫梁應力腐蝕試驗的裝置和方法，適用于流體環(huán)境下的應力腐蝕行為研究。
【背景技術】
[0002]應力腐蝕，是近現(xiàn)代工業(yè)中最常見的環(huán)境失效形式之一，常常會引起重大的事故。而應力腐蝕開裂是由敏感的材料結構、應力和腐蝕性介質的共同加速作用下的腐蝕行為造成的一個由局部缺陷萌生到緩慢穩(wěn)態(tài)擴展的過程。其影響因素離不開三個重要條件，即敏感的材料結構和性能、復雜應力和腐蝕環(huán)境。
[0003]目前公知的關于應力腐蝕敏感性的評價，系列GB/T15970 “金屬和合金的腐蝕應力腐蝕試驗”記載了多種試驗方法，如:彎梁試驗、U型彎曲試驗、單軸加載拉伸試驗、C型環(huán)試驗、慢拉伸試驗等。而這些試驗均有各自的缺點。在有的試驗中，比如彎梁試驗和U形彎曲試驗，由高強材料制成的彎梁試樣會快速破斷，碎塊以高速飛出，極其危險，安裝和檢測試樣的人員必須采取相應保護措施免受傷害。另外，彎梁試驗，其不同次試驗的穩(wěn)定性難以保證，而且變形量一般只能在樣品材料的彈性范圍內，超出彈性變形，其試驗結果難以控制。U形彎曲試驗，雖然比較簡單，但其變形大，試驗不穩(wěn)定，試樣成型后極有可能出現(xiàn)裂紋，從而對后來的應力腐蝕試驗造成誤導，而且U形彎曲試驗也不能控制不同次試驗間的穩(wěn)定性，這些因素導致其評價應力腐蝕敏感性能力受限。單軸加載拉伸試驗，雖然可以定量的研究應力腐蝕，但每次試驗只能進行一個樣品，試驗麻煩而且效率低下。

【發(fā)明內容】

[0004]為減少現(xiàn)有應力腐蝕試驗的危險性，減少前期操作的誤導作用，克服不同樣品之間施加應變的不穩(wěn)定性問題，對樣品施加固定的應變，增加試驗簡便性，提高試驗效率，提高應力腐蝕敏感性評價能力，本發(fā)明提供一種彎曲橫梁應力腐蝕試驗的裝置和方法，即一種帶縫隙的彎梁試驗，可有效評估材料的應力腐蝕敏感性，包括樣品成分、微觀組織、應力狀態(tài)或腐蝕環(huán)境等因素的變化對應力腐蝕敏感性的影響。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術方案如下:
[0006]—種彎曲橫梁應力腐蝕試驗的裝置，該裝置包括制樣夾具和試驗夾具，制樣夾具用于制備應力腐蝕試驗所需試樣，試驗夾具用于應力腐蝕試驗，其中:
[0007]所述制樣夾具是由至少一個凹形夾具1、至少一個凸形夾具I和兩個加載螺栓組成；所述凹形夾具I的凹面與凸形夾具I的凸面都為弧形面，凹形夾具I和凸形夾具I配合使用時其弧形面的圓心重合，并在弧形面之間形成弧形空隙，相配合的兩個弧形面的半徑差值與樣品厚度一致；所述凹形夾具I與凸形夾具I通過所述加載螺栓相配合使用，具體為:所述凹形夾具I與凸形夾具I的兩側分別設置螺栓孔，螺栓孔的中心軸重合且大小相同，通過螺栓孔與所述加載螺栓的連接使凹形夾具I與凸形夾具I配合使用。
[0008]所述試驗夾具是由至少一個凹形夾具I1、至少一個凸形夾具II和兩個加載螺栓組成；所述凹形夾具II的凹面與凸形夾具II的凸面都為弧形面，凹形夾具II和凸形夾具II配合使用時其弧形面的圓心重合，并在弧形面之間形成弧形空隙；相配合的兩個弧形面的半徑差值與樣品厚度一致；所述凹形夾具II的弧形面中間位置設有凹槽，凹槽距該凹形夾具II弧形面的最小距離為5mm。所述凹形夾具II與凸形夾具II通過所述加載螺栓相配合使用，具體為:所述凹形夾具II與凸形夾具II的兩側分別設置螺栓孔，螺栓孔的中心軸重合且大小相同，通過螺栓孔與所述加載螺栓的連接使凹形夾具II與凸形夾具II配合使用。
[0009]所述試驗夾具其凸形夾具II的弧形面上能夠同時并排放置多個試驗樣品。
[0010]所述試驗夾具中的凸形夾具II可與制樣夾具中的凸形夾具I相同，也可單獨設
i+o
[0011]所述樣品厚度是指樣品實際厚度或者樣品實際厚度與實驗用輔助材料的總厚度；所述輔助材料是指為防止原電池效應而使用的電絕緣材料或者為防止表面破壞而選用的保護表面材料或者其他用途材料。
[0012]所述試驗夾具的材質可與實驗樣品材質相同；如果試驗夾具的材質與實驗樣品材質不同時需選取電絕緣措施，或者在實驗中設有對比試驗，以排除夾具對試驗結果的影響。
[0013]所述制樣夾具和試驗夾具的弧形面半徑根據實驗時所選取的材料應變量確定，具體是通過有限元方法或估算法計算得出；所述制樣夾具和試驗夾具的尺寸(弧形面的長度、夾具整體長寬高、螺栓的尺寸)根據實驗時樣品尺寸確定。
[0014]本發(fā)明夾具設計并不局限于上述外部特征，也可以多個樣品同時在一套夾具上使用。
[0015]本發(fā)明利用上述裝置進行彎曲橫梁應力腐蝕試驗的方法，包括如下步驟:
[0016](I)實驗樣品準備:
[0017]進行實驗前應根據材料的實際情況，選取合適的表面應變量，確定樣品尺寸；本發(fā)明試驗樣品尺寸為長X寬X高=(30-40)mmX (8-12)mmX2mm，優(yōu)先選擇的應變量為1%、2%或 3%。
[0018]所述的樣品準備是指將條狀樣品制取成彎曲狀樣品，具體為:將條狀樣品置于制樣夾具的凹形夾具I和凸形夾具I之間的弧形空隙中，然后將加載螺栓安裝到凹形夾具I和凸形夾具I兩側的螺栓孔上，兩側同步擰緊加載螺栓，這樣施加的力可以從制樣夾具上傳遞到樣品上，使條狀樣品按照制樣夾具上的弧形空隙的形狀產生均勻變形，保持30s-5min后，卸載加載螺栓取出樣品。
[0019](2)應力腐蝕實驗:
[0020]將彎曲狀樣品放到試驗夾具上的弧形空隙中，同步擰緊試驗夾具上的加載螺栓，在加載螺栓壓實后，整體放入腐蝕環(huán)境中，進行應力腐蝕試驗，試驗結束后，卸載加載螺栓，取出樣品。
[0021](3)應力腐蝕性能評價:
[0022]通過對樣品上的腐蝕位置進行表面形貌觀察和橫截面觀察，得出樣品的應力腐蝕開裂萌生及擴展情況，從而判斷出樣品的應力腐蝕性能。
[0023]本發(fā)明原理如下:
[0024]1、本發(fā)明提供實現(xiàn)應力加載的方法如下:首先根據材料的實際情況，選取合適的表面應變量，計算試驗時所需要的圓弧半徑。然后通過加載螺栓施加力使樣品表面產生均勻變形，施加力時應注意保持左右兩邊的螺栓同步進行，保持一段時間后，卸載加載螺栓。然后將樣品放到應力腐蝕實驗夾具上，壓實加載螺栓后，可以保持整個試驗過程中樣品表面一直處于拉應力狀態(tài)。
[0025]2、本發(fā)明提供實現(xiàn)腐蝕環(huán)境的方法如下:在試驗夾具的凹形夾具上設有凹槽，這樣整體放入腐蝕環(huán)境中時，腐蝕介質可以進入凹槽中，可以與樣品表面充分作用。
[0026]3、本發(fā)明提供的應力腐蝕敏感性評判如下:通過對樣品表面形貌觀察和橫截面分析等，得出樣品的應力腐蝕開裂萌生及擴展情況，從而判斷出樣品的應力腐蝕性能。
[0027]本發(fā)明的有益效果是:
[0028]1、本發(fā)明所用的樣品至始至終被夾具包圍，不會因材料發(fā)生崩裂而造成事故，減少目前已有應力腐蝕試驗的危險性。
[0029]2、本發(fā)明可以在實驗前通過設定適當的變形量，防止樣品制備過程中，因變形而導致裂紋出現(xiàn)，可有效減少前期操作的誤導作用。
[0030]3、本發(fā)明所提供的試驗方法和裝置，可以在同一個夾具上進行多個樣品的試驗，提高了試驗效率。
[0031]4、本發(fā)明所提供的試驗方法和裝置，通過提前設定好應變值，可以保證每次每個樣品在整個試驗過程中保持相同的應變，這種方法可以非常有效地增加試驗穩(wěn)定性和簡便性，提高試驗效率，提高應力腐蝕敏感性評價能力。
[0032]5、本發(fā)明所提供的帶縫隙的彎曲橫梁試驗以用于應力腐蝕試驗，增加了評價材料應力腐蝕性能的途徑。
【附圖說明】
[0033]圖1是本發(fā)明實施例1中的制樣夾具在制取樣品前結構示意圖；其中:(a)正側圖;(b)側視圖；(c)俯視圖。
[0034]圖2是本發(fā)明實施例1中設計夾具圓弧半徑時的參考圖。
[0035]圖3是本發(fā)明中實施例1中試驗夾具結構示意圖。
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