CN217212005U - 一种通过液体介质冷却来测试材料低温断裂韧性的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种通过液体介质冷却来测试材料低温断裂韧性的装置，属于断裂韧性测试的技术领域。它包括低温水槽，所述低温水槽底部开设有贯穿的圆孔，并在圆孔内设置有水槽圆柱，所述水槽圆柱与低温水槽一体化设置；所述水槽圆柱的上部连接设置有上支撑机构，所述水槽圆柱的下部连接设置有下支撑机构；所述上支撑机构的上设置待测样品，并在待测样品的开缺口位置装上横向引伸计；所述待测样品上方设置下压机构；所述下压机构底部沿竖直方向向下设置有两个位置对称的下压头。本实用新型能够测试金属样件在常规低温装置所不能达到的极低温度下的断裂韧性值。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种通过液体介质冷却来测试材料低温断裂韧性的装置，属于断裂韧性测试的技术领域。
背景技术
断裂韧性是用来表征材料阻止裂纹失稳扩展能力和度量材料的韧性好坏的一个定量指标，在海洋工程、航空航天等很多领域都发挥着极为重要的作用。断裂韧性的试验测量对不同工程构件的完整性评价、损伤容限设计、适用性评价和剩余强度分析都有很大的作用。另外，材料的断裂韧性值也可以作为材料性能评价的依据、典型工程结构的质量保证，被广泛应用于核电、石油管道、压力容器、海洋工程、船舶、航空航天等重要工业领域。
目前，材料在室温或较低温度（室温～-80℃左右）下的断裂韧性的测试和研究已较为广泛，测试方法和手段也较为成熟，该温度范围内的降温只需要用低温箱或者用气体氮气冷却的方式就能实现，测量裂纹扩展量的横向引伸计也能满足降到该温度范围内也能精确用于测量的目的。
但随着氢能源、LNG远程液态运输、超导技术等领域的发展，材料在极低温环境下（-196℃或更低）服役的情况也越来越多，所以工程上对材料在极低温度（-196℃或更低）下的断裂韧性的测试和研究的需求也逐渐增多。但目前用于测量裂纹扩展量的横向引伸计不能在如此低的测试温度下正常使用，另外原测试装置也无法将金属试样冷却到如此极低的温度，制约了此类测试的开展和普及。
例如专利公开号为CN204177672U的中国专利公开了一种用于断裂韧性测试的三点弯曲试样夹持装置，包括设置于三点弯曲试验机上夹头上的上夹具,以及设置于三点弯曲试验机下夹头上的下夹具，下夹具上设置有支撑块，支撑块为两个，两个支撑块设置在下夹具的两端，每一个支撑块的端部开设有与用于支撑三点弯曲试样的支撑辊相匹配的凹槽。
上述专利中支撑辊在试验过程中只能滚动，水平方向不能发生移动，跨距S在试验过程中保持不变，提高了最终测得的断裂韧度的精度；支撑辊在试验过程中不会够突然向外移动，确保试验在准静态状态进行，提高了实验结果的准确性；在试验过程中，支撑辊嵌入支撑块内部，避免了支撑辊飞出造成人身伤害的情况发生，保护了操作者的人身安全；但是，该专利仍存在着无法极低温环境测量的问题。
因此，为解决上述背景问题，研发一种通过液体介质冷却来测试材料低温断裂韧性的装置是迫在眉睫的。
实用新型内容
本实用新型的目的是为了解决上述背景问题中提出的问题，提供一种通过液体介质冷却来测试材料低温断裂韧性的装置，它可以将待测金属样件降低到极低温度，但测量裂纹扩展量的横向引伸计无需降低到极低温度，从而可以测试金属样件在常规低温装置所不能达到的极低温度下的断裂韧性值。
本实用新型的目的是这样实现的：一种通过液体介质冷却来测试材料低温断裂韧性的装置，包括低温水槽，所述低温水槽底部开设有贯穿的圆孔，并在圆孔内设置有水槽圆柱，所述水槽圆柱与低温水槽一体化设置；
所述水槽圆柱的上部连接设置有上支撑机构，所述水槽圆柱的下部连接设置有下支撑机构；
所述上支撑机构的上设置待测样品，并在待测样品的开缺口位置装上横向引伸计；
所述待测样品上方设置下压机构；
所述下压机构底部沿竖直方向向下设置有两个位置对称的下压头。
所述上支撑机构的顶部设置下支辊。
所述水槽圆柱内设置有内螺纹，并在上支撑机构和下支撑机构与水槽圆柱的连接处设置用于匹配的外螺纹。
所述下支撑机构的底部连接有下夹持端，所述下压机构的顶部连接有上夹持端。
相比于现有技术，本实用新型具有以下优点：
本实用新型的一种通过液体介质冷却来测试材料低温断裂韧性的装置，利用液体降温一方面降温速度更快，另一方面可以将金属试件降温到-196℃甚至更低的温度，解决了常规低温测试装置低温测试温度的限制；
本实用新型的一种通过液体介质冷却来测试材料低温断裂韧性的装置，在低温水槽中加入冷却降温用的液体，加入的液体使液面高于断裂韧性试样疲劳裂纹的尖端以上10mm左右即可，因此测量裂纹扩展量的横向引伸计无需降低到极低温度，从而可以测试金属样件在常规低温装置所不能达到的极低温度下的断裂韧性值。
附图说明
图1为本实用新型的一种通过液体介质冷却来测试材料低温断裂韧性的装置的整体结构示意图。
其中：1、低温水槽；2、水槽圆柱；3、上支撑机构；4、下支辊；5、下支撑机构；6、下夹持端；7、待测样品；8、横向引伸计；9、下压机构；10、上夹持端；11、下压头。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型加以说明：
如图1所示，一种通过液体介质冷却来测试材料低温断裂韧性的装置，包括低温水槽1，所述低温水槽1底部开设有贯穿的圆孔，并在圆孔内设置有水槽圆柱2，所述水槽圆柱2与低温水槽1一体化设置；
所述水槽圆柱2的上部连接设置有上支撑机构3，所述水槽圆柱2的下部连接设置有下支撑机构5，所述上支撑机构3的顶部设置下支辊4。
在本实施例中，所述水槽圆柱2内设置有内螺纹，并在上支撑机构3和下支撑机构5与水槽圆柱2的连接处设置用于匹配的外螺纹。
在本实施例中，所述上支撑机构3的上设置待测样品7，并在待测样品7的开缺口位置装上横向引伸计8。
在本实施例中，所述待测样品7上方设置下压机构9；所述下压机构9底部沿竖直方向向下设置有两个位置对称的下压头11。
在本实施例中，所述下支撑机构5的底部连接有下夹持端6，所述下压机构9的顶部连接有上夹持端10。
在本实施例中，所述下夹持端6与电液伺服疲劳试验机的下夹头通过液压夹持固定，所述上夹持端10与电液伺服疲劳试验机的上夹头通过液压夹持固定。
在本实施例中，本实用新型的一种通过液体介质冷却来测试材料低温断裂韧性的装置，其工作方法如下：
步骤一：实验前，先将上支撑机构3和下支撑机构5通过螺纹旋纽的方式与水槽底部焊接的水槽圆柱2通过螺纹连接固定在一起，保证连接部位密封并安装牢固；后将下支撑机构5底部的下夹持端6与电液伺服疲劳试验机通过液压夹持固定起来；
步骤二：将下压机构9顶部的上夹持端10与电液伺服疲劳试验机的上夹头也通过液压夹持固定起来；
步骤三：将待测样品7放到装置的中间位置，待测样品7的中间缺口位置朝上，通过调节使样品固定在中间位置不能随意活动；
步骤四：在待测样品7的开缺口位置装横向引伸计8；
步骤五：在低温水槽1中加入冷却降温用的液体（如液氮等），加入的液体使液面高于断裂韧性试样疲劳裂纹的尖端以上10mm；
步骤六：调节试验参数，开始三点弯曲试验。
以上仅是本实用新型的具体应用范例，对本实用新型的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本实用新型权利保护范围之内。
Claims (4)
1.一种通过液体介质冷却来测试材料低温断裂韧性的装置，其特征在于：包括低温水槽（1），所述低温水槽（1）底部开设有贯穿的圆孔，并在圆孔内设置有水槽圆柱（2），所述水槽圆柱（2）与低温水槽（1）一体化设置；
所述水槽圆柱（2）的上部连接设置有上支撑机构（3），所述水槽圆柱（2）的下部连接设置有下支撑机构（5）；
所述上支撑机构（3）的上设置待测样品（7），并在待测样品（7）的开缺口位置装上横向引伸计（8）；
所述待测样品（7）上方设置下压机构（9）；
所述下压机构（9）底部沿竖直方向向下设置有两个位置对称的下压头（11）。
2.根据权利要求1所述的一种通过液体介质冷却来测试材料低温断裂韧性的装置，其特征在于：所述上支撑机构（3）的顶部设置下支辊（4）。
3.根据权利要求1所述的一种通过液体介质冷却来测试材料低温断裂韧性的装置，其特征在于：所述水槽圆柱（2）内设置有内螺纹，并在上支撑机构（3）和下支撑机构（5）与水槽圆柱（2）的连接处设置用于匹配的外螺纹。
4.根据权利要求1所述的一种通过液体介质冷却来测试材料低温断裂韧性的装置，其特征在于：所述下支撑机构（5）的底部连接有下夹持端（6），所述下压机构（9）的顶部连接有上夹持端（10）。
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| CN117347188A (zh) * | 2023-12-05 | 2024-01-05 | 洛阳船舶材料研究所(中国船舶集团有限公司第七二五研究所) | 一种金属材料的低温断裂韧性试验方法 |
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