一種適用于圓棒疲勞試樣的高/低溫疲勞試驗夾具的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于測試技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種材料的試驗夾具。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科學(xué)技術(shù)不斷進步，人類探索領(lǐng)域逐漸深入，探索環(huán)境也隨之變得苛刻，在保證服役材料正常工作的同時還需保證構(gòu)件的服役壽命。在工業(yè)生產(chǎn)與應(yīng)用中，疲勞失效占所有機械失效的90%，疲勞試驗對于評價金屬構(gòu)件的結(jié)構(gòu)完整性起到重要作用，尤其是在一定環(huán)境中進行疲勞試驗，如高/低溫環(huán)境。由于現(xiàn)有試驗設(shè)備裝夾試樣的夾頭部分不能進入到高低溫環(huán)境箱中，因此，要進行高低溫疲勞試驗，就需要把圓棒試樣兩端的夾持部分做的足夠長，比常規(guī)試樣兩端部的夾持部分(常規(guī)圓棒試樣的端部加持部位通常為20?30mm，而高低溫試樣的端部加持部位需要200?300mm以上)長出10倍以上，這樣才能滿足試驗時裝夾的需要。但這樣做會造成試驗材料的大量浪費。為了克服這種試驗材料浪費的弊病，可以通過增加一個延伸夾具來解決材料浪費問題。將標準疲勞試樣裝夾在這個延伸夾具上，放入高/低溫環(huán)境箱中，然后再將這個延伸的夾具裝夾在試驗設(shè)備的夾頭上進行試驗。以往這種延伸夾具與疲勞試樣是通過螺紋進行裝夾聯(lián)接的，但實驗發(fā)現(xiàn)，用螺紋連接的形式進行疲勞試樣的裝夾，會增加試樣兩端螺紋部位的應(yīng)力集中和缺口敏感性而形成疲勞裂紋源，使疲勞試樣經(jīng)常在試樣兩端的螺紋部位發(fā)生非常規(guī)斷裂，而不是在試樣中部的標準部位斷裂，導(dǎo)致試驗失敗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的:在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、可長時間循環(huán)利用，并且裝夾效果理想的適用于圓棒疲勞試樣的高/低溫疲勞試驗夾具。
[0004]本發(fā)明的試驗夾具包括:延伸桿、兩個分開式夾頭、開口卡環(huán)和螺栓(標準件)，延伸桿的夾持端與疲勞試驗機液壓夾頭連接，該延伸桿的試樣連接端端面中心設(shè)有一個盲孔，在該盲孔周圍設(shè)有六個均布的螺紋孔，分開式夾頭由兩個半圓形金屬板組成，在兩個半圓形金屬板相對的一邊分別設(shè)有半圓中心孔，在半圓中心孔的外周均布3個通孔，該通孔均與上述延伸桿的螺紋孔相對應(yīng)，用來與延伸桿試樣連接端連接對圓棒疲勞試樣進行定位和裝夾。開口卡環(huán)兩端的端口上設(shè)有通孔，通過螺栓緊固。
[0005]在試驗過程中，疲勞試驗機、延伸桿、夾頭和被測試樣按串聯(lián)順序連接在一起;使用時，將上下兩個延伸桿的夾持端分別與疲勞試驗機的上下液壓夾頭夾緊，將被測試試樣插入上下延伸桿試樣連接端的盲孔中，被測試樣與盲孔直接留有0.5_的間隙，再分別將兩個半圓形分開式夾頭夾住被測試樣的兩端，通過螺栓將上述兩個分開式夾頭分別固定在上下延伸桿上，然后將兩個開口卡環(huán)分別套在分開式夾頭上，并用螺栓和螺母緊固，在兩個分開夾頭的半中心孔留出0.2mm的間隙。延伸桿、被測試樣、分開式夾頭被設(shè)置在疲勞試驗機的環(huán)境箱中。
[0006]所述的疲勞試驗機為常規(guī)的疲勞試驗機(島津疲勞試驗系統(tǒng)，EHF-EM250k2-020-OA)，用以對被測試樣施加設(shè)計的交變疲勞載荷。
[0007]所述的延伸桿為使用溫度在-60?100°C之間的金屬材料，如:合金牌號2Crl3不銹鋼，且延伸桿夾持端的硬度不能超過35HRC，保證延伸桿能與疲勞試驗機相連時不打滑，能夠提供足夠的夾緊力。
[0008]所述的分開式夾頭要適應(yīng)-60?100°C的溫度，采用2Crl3不銹鋼，有較高的硬度，保證與試樣夾持端接觸時有好的耐磨性，延長夾具使用壽命;有較高的強度，加載時分開式夾頭局部受剪切應(yīng)力作用為被測試樣提供軸向拉伸載荷。
[0009]所述的開口卡環(huán)為關(guān)鍵部件，將兩個半圓組成的分開式夾頭置于其中，用螺栓、螺母緊固將其開口封閉，使卡環(huán)盡可能收縮，夾緊兩個分開式夾頭，為兩個分開式夾頭提供徑向力，使兩個分開式夾頭緊密結(jié)合成為一個整體，避免加載過程中兩個分開式夾頭產(chǎn)生錯動。
[0010]所述的被測試樣為各種不同金屬材料的圓棒疲勞試樣，該試樣為光滑圓棒，夾持端為帶圓角的類似階梯軸結(jié)構(gòu)，能夠與上、下夾頭配合在一起為試樣施加交變疲勞載荷;試樣標準部分的尺寸參照《金屬軸向疲勞試驗方法》中的標準進行設(shè)計。
[0011 ]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點:
[0012]1、解決了以往在環(huán)境箱中進行高低溫循環(huán)疲勞試驗時，被測試樣裝夾端部位尺寸過長而導(dǎo)致的材料浪費問題。在測定材料S-N曲線時需要大量的疲勞試樣，本發(fā)明的夾具可以大大縮小試樣夾持端尺寸，避免材料浪費。
[0013]2、在保證被測試樣裝夾牢固的同時，還在兩個分開夾頭的半中心孔之間和延伸桿盲孔與被測試樣之間留有間隙，加載后試樣可以自動對中，保證高的同軸度，避免了由于上下夾頭裝夾時的偏差使試樣承受剪應(yīng)力的作用。
[0014]3、開口卡環(huán)為夾具中的兩個分開式夾頭提供徑向力，使兩個分開式夾頭成為一個整體。在疲勞試驗過程中夾具中緊固螺栓受力均勻，防止螺栓在試驗過程中受力不均而逐個斷裂。
[0015]4、結(jié)構(gòu)簡單、易生產(chǎn)加工、裝夾方便、用途廣泛，也可用于高/低溫靜態(tài)拉伸試驗。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明整體裝配結(jié)構(gòu)示意簡圖。
[0017]圖2是本發(fā)明延伸桿的結(jié)構(gòu)示意簡圖。
[0018]圖3是本發(fā)明分開式夾頭的結(jié)構(gòu)示意簡圖。
[0019]圖4是本發(fā)明開口卡環(huán)的結(jié)構(gòu)示意簡圖。
[0020]圖5是圖4的側(cè)視圖。
【具體實施方式】
[0021]在圖1和圖2所示的適用于圓棒疲勞試樣的高/低溫疲勞試驗夾具結(jié)構(gòu)示意簡圖中，上下兩個延伸桿I的夾持端分別與疲勞試驗機6的上下液壓夾頭4夾緊，將被測試試樣3插入上下延伸桿試樣連接端的盲孔中，被測試樣與盲孔直接留有0.5_的間隙，再分別將兩個半圓形分開式夾頭2夾住被測試樣的兩端，通過螺栓將上述兩個分開式夾頭分別固定在上下延伸桿上，然后將兩個開口卡環(huán)7分別套在分開式夾頭上，并用螺栓和螺母緊固，在兩個分開夾頭的半中心孔留出0.2mm的間隙。延伸桿、被測試樣、分開式夾頭被設(shè)置在疲勞試驗機的高低溫環(huán)境箱5中。所述延伸桿為2Crl3不銹鋼材質(zhì)，它的夾持端與疲勞試驗機液壓夾頭連接，該延伸桿的試樣連接端端面中心設(shè)有一個深度為10mm、直徑為16mm盲孔，在該盲孔外直徑為34mm的圓周上均勻分布6個M8的螺栓孔;如圖3所示，所述分開式夾頭為2Crl3不銹鋼材質(zhì)，它由兩個半圓形金屬板組成，在兩個半圓形金屬板相對的一邊分別設(shè)有半圓中心孔，在半圓中心孔的外周均布3個通孔，該通孔均與上述延伸桿的螺紋孔相對應(yīng)，用來與延伸桿試樣連接端連接對圓棒疲勞試樣進行定位和裝夾。如圖4和圖5所示，所述開口卡環(huán)卡環(huán)為TC4合金材質(zhì)，它的兩端的端口上設(shè)有通孔，通過螺栓緊固。
[0022]延伸桿及分開式夾頭均用2Crl3不銹鋼，延伸桿夾持端經(jīng)980°C淬火后再750°C回火降低硬度，延伸桿試樣連接端和分開式夾頭要經(jīng)過淬火處理。
【主權(quán)項】
1.一種適用于圓棒疲勞試樣的高/低溫疲勞試驗夾具，其特征在于:它包括:延伸桿、分開式夾頭、開口卡環(huán)和螺栓，所述延伸桿的夾持端與疲勞試驗機液壓夾頭連接，該延伸桿的試樣連接端端面中心設(shè)有一個盲孔，在該盲孔周圍設(shè)有六個均布的螺紋孔，所述分開式夾頭由兩個半圓形金屬板組成，在兩個半圓形金屬板相對的一邊分別設(shè)有半圓中心孔，在半圓中心孔的外周均布3個通孔，該通孔均與上述延伸桿的螺紋孔相對應(yīng)，用來與延伸桿試樣連接端連接對圓棒疲勞試樣進行定位和裝夾;所述開口卡環(huán)兩端的端口上設(shè)有通孔，通過螺栓緊固。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于圓棒疲勞試樣的高/低溫疲勞試驗夾具，其特征在于:所述延伸桿和分開式夾頭為2Crl3不銹鋼材質(zhì)。3.權(quán)利要求1所述的適用于圓棒疲勞試樣的高/低溫疲勞試驗夾具的試驗方法，其特征在于:上下兩個延伸桿的夾持端分別與疲勞試驗機的上下液壓夾頭夾緊，將被測試試樣插入上下延伸桿試樣連接端的盲孔中，被測試樣與盲孔直接留有0.5mm的間隙，再分別將兩個半圓形分開式夾頭夾住被測試樣的兩端，通過螺栓將上述兩個分開式夾頭分別固定在上下延伸桿上，然后將兩個開口卡環(huán)分別套在分開式夾頭上，并用螺栓和螺母緊固，在兩個分開夾頭的半中心孔留出0.2mm的間隙，延伸桿、被測試樣、分開式夾頭被設(shè)置在疲勞試驗機的環(huán)境箱中。
【專利摘要】一種適用于圓棒疲勞試樣的高/低溫疲勞試驗夾具，它包括：延伸桿、分開式夾頭、開口卡環(huán)和螺栓，所述延伸桿的夾持端與疲勞試驗機液壓夾頭連接，該延伸桿的試樣連接端端面中心設(shè)有一個盲孔，在該盲孔周圍設(shè)有六個均布的螺紋孔，所述分開式夾頭由兩個半圓形金屬板組成，在兩個半圓形金屬板相對的一邊分別設(shè)有半圓中心孔，在半圓中心孔的外周均布3個通孔，該通孔均與上述延伸桿的螺紋孔相對應(yīng)，用來與延伸桿試樣連接端連接對圓棒疲勞試樣進行定位和裝夾；所述開口卡環(huán)兩端的端口上設(shè)有通孔，通過螺栓緊固。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、易生產(chǎn)加工、裝夾方便、用途廣泛，也可用于高/低溫靜態(tài)拉伸試驗。
【IPC分類】G01N3/04
【公開號】CN105527155
【申請?zhí)枴緾N201510979480
【發(fā)明人】馬明臻, 岳赟, 劉日平, 鐘華, 戴巒岳, 張新宇, 田冀鋒
【申請人】燕山大學(xué)
【公開日】2016年4月27日
【申請日】2015年12月24日