[发明专利]一种通电热拉伸试验装置及拉伸试验方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料的热成形研究领域，具体是一种通电热拉伸试验的方法及其装置。

背景技术

对于一些结构材料来说，在常温下，它们的成形比较困难且回弹量大，但是若对材料毛坯进行热成形，则可大大改善其成形性能，回弹、起皱在热成形中基本可以排除，因此出现了热辐射加热、电炉加热、氧乙炔焰加热和电阻加热等各种的材料热成形法。电阻加热成形工艺是通过向待加工零件自身通电，加热到成形温度而成形的工艺。电阻加热的优点是加热速度快、能耗低、加热均匀等特点，并且工件处在高温下的时间短，这可以减少氧污染且不需要酸洗清除氧化皮工序，这又可以避免材料受氢污染，同时，电阻加热可以避免由于传输零件而产生的热量损失。对于钛合金，由于其材料特性，电阻加热可以大大的提高其加热速度。

为了研究材料的热成形性能，有必要对拉伸试件进行电阻加热拉伸试验，电阻加热拉伸试验是通过向待加工拉伸试件自身通电，加热到成形温度后拉伸试件直到断裂的试验。

在对拉伸试件通入直流电流进行单向拉伸试验时，随着通电时间的加长，拉伸试件温度也会不断的上升，在对材料进行热成形研究试验时，一般要求拉伸试件的温度升高达到一定值时，需要使其大概保持在这一温度下进行拉伸，目前试验室中采用的电阻加热成形方式无法满足拉伸试件温度基本保持在一定值的要求，中国专利CN103267685A（一种热辅助双向拉伸试验装置和方法）提出了利用热辐射对拉伸试件本身进行加热，通过这种加热方式可以获得拉伸试件的热成形性能，但是这种加热方式存在加热速度慢，能源利用率低、能够加热到的温度低以及拉伸试件受热不均匀等缺点，拉伸试件受热不均匀会导致拉伸试件中存在温度的梯度分布，产生残余应力，进而不能测量得到拉伸试件的准确热成形性能。因此，需要一种可以使拉伸试件受热均匀并且温度稳定的拉伸试验方法及其装置。

发明内容

为了解决在热拉伸过程中拉伸试件的温度受热不均匀问题以及需要使拉伸试件的温度基本保持在一个稳定的温度状态下进行单向拉伸试验，研究材料在不同温度状态下的力学性能，本发明提出了一种通电热拉伸试验装置及拉伸试验方法。

所述通电热拉伸试验装置包括单向拉伸试验装置和温度控制装置。所述的温度控制装置包括温度测量单元、功率调节器和电源装置；所述的单向拉伸试验装置包括电子万能试验机和夹具。由于电子万能试验机为全金属结构，极易导电，无法满足加电试验要求，直接通电试验，会危及人员及设备安全，必须进行绝缘处理，因此，本发明中也提供了一种能够满足通电要求的单向拉伸试验夹具，本发明装置中夹具是基于CSS-44100电子万能试验机设计的。所述单向拉伸试验夹具主要包括：上横梁连接杆、绝缘板、夹持板、销钉、活动横梁连接杆。上横梁连接杆、夹持板和两块结构相同的绝缘板装配组成上夹具；活动横梁连接杆、夹持板和两块结构相同的绝缘板装配组成下夹具。所述上夹具和下夹具中夹持板位于所述绝缘板的一端，并固定在该两块绝缘板之间。连接杆位于所述绝缘板的另一端，并固定在该两块绝缘板之间。通过连接杆将所述上夹具和下夹具分别与电子万能试验机的上横梁和活动横梁连接；温度控制装置中电源装置的正极和负极分别与上夹具的夹持板和下夹具夹持板连通。

所述夹持板的一端为连接端，另一端为拉伸试件的夹持端，在所述夹持端开有“U”形夹口。所述夹口的开口方向与夹持板的上下表面平行。夹口处内表面之间的间距根据所夹持拉伸试件的厚度确定，为1～4mm。

所述温度控制装置中的温度测量单元、功率调节器和电源装置串联：温度测量单元与功率调节器连接以传递电信号，功率调节器和电源装置连接以调节电源的输出功率。其中温度测量单元包括红外测温感应器和温度比较器。红外测温感应器置于拉伸试件标距区域的正前方以方便监测试件标距区域的温度，将监测到的拉伸试件温度传递给温度比较器，通过温度比较器将所接收到的拉伸试件的当前温度与设定的温度阈值进行比较；温度比较器将所得出的温度差值转化为电信号输出给功率调节器。

所述通电热拉伸试验装置进行拉伸试验的具体过程是：

第一步，安装拉伸试件。启动电子万能试验机，根据试验要求调节活动横梁与上横梁之间的距离，通过上夹具和下夹具将拉伸试件的两端分别与电子万能试验机的上横梁和活动横梁固连；将电源的正极和负极分别通过电源线与上夹具的夹持板和下夹具的夹持板连通。安放温度测量单元，并连接温度测量单元、功率调节器和电源；