一種平板高溫合金蠕變小試樣夾具的製作方法
2024-04-01 17:46:05 2
本發明涉及材料高溫試驗的夾持裝置，具體地說，涉及一種平板高溫合金蠕變小試樣夾具。
背景技術：
隨著科學技術的發展，高溫合金材料研究取得突破性的進展。鎳基單晶高溫合金因為其高溫下優異的力學性能，現已廣泛應用於航空發動機渦輪葉片。在發動機中，渦輪葉片處於溫度最高、應力最複雜、工作條件最惡劣的環境中，是航空發動機最關鍵的部件之一。在對失效葉片進行分析研究時，蠕變斷裂失效佔有很大比重。因此，在對發動機葉片材料進行蠕變失效機理研究變得十分必要。
在對發動機葉片進行排故實驗或者性能檢測時，最有效地直接的方式就是直接在葉片典型部位進行取樣分析。傳統的蠕變試樣為Φ5×83棒狀試樣，由於受到葉片尺寸的限制，不能直接進行取樣。不僅如此，棒狀試樣因為其車削加工的技術條件所限，對試件材料有很大程度的浪費。
在對試件變形測量的過程中，由於試件及夾具處於一個高溫環境中，熱膨脹會對測量裝置產生不利的影響。因此，需要一種全新理念設計的試樣、夾具以及相對應的實驗方法來滿足新的技術要求。
技術實現要素：
為了避免現有技術存在的不足，本發明提出一種平板高溫合金蠕變小試樣夾具。
本發明解決其技術問題所採用的技術方案是:包括轉接杆、夾頭、引伸杆，所述轉接杆為圓棒形，一端加工有螺紋與蠕變實驗機連接杆相連接，另一端有凹槽、行程孔和銷釘孔，在凹槽法線方向開有通孔與夾頭連接，轉接杆上有扳手卡扣，用於轉接杆拆卸安裝；
所述夾頭為T字形，兩個夾頭結構相同，夾頭端凸起平板的中心有銷釘孔，夾頭與轉接杆通過銷釘連接，夾頭兩側有對稱的夾頭側凹槽和對稱的通孔，用於固定引伸杆，夾頭中間部位有試樣接口與小試樣夾持段配合裝夾；
所述引伸杆固定連接在夾頭的兩側,且以夾頭中軸線等間距平行安裝,引伸杆包括上引伸杆、下引伸杆,上引伸杆一端與夾頭固定鉚接，另一端與下引伸杆一端連接,下引伸杆另一端分別與引伸計相連接。
所述轉接杆與夾頭、引伸杆採用K403高溫合金材料。
有益效果
本發明提出的一種平板高溫合金蠕變小試樣夾具,涉及高溫合金渦輪葉片材料的薄壁平板小試樣蠕變試驗；小試樣夾具由轉接杆、夾頭、引伸杆組成，轉接杆一端加工有螺紋與蠕變實驗機連接杆相連接，另一端有凹槽、行程孔和銷釘孔，在凹槽法線方向開有通孔與夾頭連接。轉接杆上有扳手卡扣，用於轉接杆拆卸安裝。兩個夾頭結構相同，夾頭端凸起平板的中心有銷釘孔，夾頭與轉接杆通過銷釘連接，夾頭兩側有對稱的凹槽和對稱的通孔，用於固定引伸杆，夾頭與小試樣夾持段通過試樣接口配合安裝。引伸杆固連在夾頭的兩側，且以夾頭中軸線等間距平行安裝；其中,上引伸杆一端與夾頭固定鉚接，另一端與下引伸杆一端連接，下引伸杆另一端分別與引伸計相連接。
本發明平板高溫合金蠕變小試樣夾具與現有技術相比:
1.在標準樣的基礎上,引入蠕變小試樣,方便取樣和模擬葉片的實際工況。
2.採用差動法測量試件變形,上下引伸杆變形在作差過程中相互抵消，解決了高溫膨脹對變形的影響，測量精度提升10％。
3.制定了與小試樣相對應的試驗方法，提高了試驗效率。
附圖說明
下面結合附圖和實施方式對本發明一種平板高溫合金蠕變小試樣夾具作進一步詳細說明。
圖1為本發明平板高溫合金蠕變小試樣夾具示意圖。
圖2為本發明平板高溫合金蠕變小試樣夾具的夾頭示意圖。
圖3為本發明平板高溫合金蠕變小試樣夾具的夾頭A-A向剖面圖。
圖4為本發明平板高溫合金蠕變小試樣夾具的夾頭B-B向剖面圖。
圖5為本發明平板高溫合金蠕變小試樣夾具的引伸杆示意圖。
圖6為本發明平板高溫合金蠕變小試樣夾具的引伸杆側視圖。
圖7為本發明平板高溫合金蠕變小試樣夾具的轉接杆示意圖。
圖8為本發明平板高溫合金蠕變小試樣夾具的轉接杆側視圖。
圖9為平板高溫合金蠕變小試樣示意圖。
圖中:
1.轉接杆 2.銷釘 3.鉚釘 4.小試樣 5.上引伸杆 6.沉頭螺栓 7.下引伸杆 8.夾頭 9.鉚釘孔 10.試樣接口 11.標距段凹槽 12.夾頭側凹槽 13.夾持凹槽 14.圓孔 15.螺栓孔 16.銷釘孔 17.螺紋 18.凹槽 19.行程孔 20.扳手卡扣 21.夾持段 22.導角 23.凸臺 24.凸臺導角 25.標距段
具體實施方式
本實施例是一種平板高溫合金蠕變小試樣夾具,適用於葉片直接取樣的蠕變試驗。
參閱圖1～圖9，本實施例平板高溫合金蠕變小試樣夾具，由轉接杆、夾頭、引伸杆組成。夾具採用K403高溫合金材料。
其中,轉接杆1為Φ30×125圓棒形，轉接杆1一端加工有長度為20mm的M20×2螺紋17與蠕變實驗機連接杆相連接；轉接杆1另一端加工有深為26mm、寬為3mm的凹槽18和及行程孔19及銷釘孔16，在凹槽18法線方向開有Φ8的通孔，轉接杆1與夾頭8進行連接，轉接杆1上加工有扳手卡扣20，用於轉接杆1拆卸安裝。夾頭8為T字形，兩個夾頭8結構相同，夾頭端凸起平板的中心有Φ8通孔，夾頭8與轉接杆1通過銷釘2連接，夾頭8兩側有對稱的夾頭側凹槽12和對稱的鉚釘孔9，用於固定引伸杆，夾頭8中間部位有試樣接口10與小試樣夾持段配合裝夾。引伸杆為長條板形杆，上端有一對圓孔14，下端有一螺栓孔15，引伸杆固定連接在夾頭的兩側,且以夾頭中軸線等間距平行安裝,引伸杆包括上引伸杆5、下引伸杆7,上引伸杆5一端與夾頭固定鉚接，另一端與下引伸杆7一端連接,下引伸杆7另一端分別與引伸計相連接。
本實施例中,板狀蠕變小試樣為工字形結構，夾持段21與標距段25之間採取導角22、凸臺導角24雙導角過度，導角圓弧半徑R為2.0mm，凸臺寬為4.8mm，標距段為8.0mm×2.0mm，夾持段21為16.0mm×3.8mm，小試樣長度為27.6mm，小試樣厚度為1.4mm。通過有限元模擬計算，採取位移加載和應力加載時，典型應力集中區域均分布在標距段，並在標距段中間發生破壞。對小試樣進行加工或取樣時，採用線切割慢走絲加工，小試樣厚度成形一致。取樣後對試樣表面進行拋光處理，使表面粗糙度不超過0.4。拋光後，厚度公差保持在±0.01mm以內。
裝配過程
轉接杆1上端通過螺紋17與蠕變實驗機連接杆相連接，在轉接杆1端部凹槽18插入夾頭端凸起平板，轉接杆1與夾頭通過銷釘2進行連接。將兩根上引伸杆一端安裝在夾頭的夾頭側凹槽12，使鉚釘孔9和圓孔14的軸向相重合，通過鉚釘3將二者鉚接。下引伸杆通過沉頭螺栓6分別與引伸計相連接。
試驗過程
試驗開始前，調整上下夾頭8的同軸度，使小試樣試樣接口10完全對齊，避免產生剪力。安裝引伸計後，微調左右兩側高度，使在加載的過程中，兩根上引伸杆、兩根下引伸杆變形量增量始終相同。將小試樣裝入夾頭試樣接口10，使小試樣4表面與試樣接口10內壁完全貼合。準備工作結束後，施加試驗載荷的5％作為預加載荷，將變形量初始化，升溫。待溫度升高到目標溫度之後，保溫1h後，進行試驗。
變形的測量採用差動法，由上下夾頭、引伸杆行程差表示試樣在試驗過程中的真實應變。