[发明专利]一种超低温下板材成形性能的测试装置及测试方法

说明书

一种超低温下板材成形性能的测试装置及测试方法，涉及金属板材性能测试技术领域。本发明为了克服现有的测试装置不能获得金属板材在超低温和复杂应力状态下的变形信息和力学性能的问题。本发明包括超低温冷却系统、变形测试系统、保温箱、冷却剂回收装置、排气装置、在线采集系统和计算机控制系统；保温箱用于保温，排气装置通过排气孔将保温箱中雾气吸出箱外，冷却剂回收装置通过排液孔将测试后剩余的冷却剂进行回收；超低温冷却系统通过进液孔为金属板材提供所需的不同的测试低温；变形测试系统固定金属板材并通过板材成形装置对金属板材进行复杂应力测试；线采集系统和计算机控制系统实时监测并记录测试参数。本发明用于金属板材的性能测试。

技术领域

本发明涉及金属板材力学性能测试技术领域，尤其是一种超低温环境和复杂应力条件下的板材力学成形性能的测试装置及测试方法。

背景技术

铝及铝合金、铜及铜合金、钛及钛合金、奥氏体不锈钢等结构材料具有特殊的超低温性能，用于制造低温压力容器、低温储罐、管件、阀门等工业产品，被广泛地应用在宇航工业、高能物理、超导技术及核工业等领域。这类产品通常是在复杂的应力条件和超低温环境下服役，复杂应力状态下的低温力学性能决定了这类构件的服役寿命和工作可靠性。以新一代运载火箭低温燃料贮箱为例，贮箱的服役环境和受力状况十分复杂，内部存储大量低温液氢-253℃和液氧-182℃，受到内压、振动、冲击等复杂载荷作用，其低温下的服役性能严重影响运载火箭的可靠性。

此外，利用某些金属材料在超低温下的增强增塑效应来整体成形复杂构件，是实现轻量化、高强度产品制造的一个新方法，可以代替现有的“分块成形再拼焊”的制造技术，显著提高低温产品的可靠性，缩短制造周期。因此，建立超低温和复杂应力下力学性能的测试装置与测试方法，获得材料在超低温环境和复杂应力状态下的力学性能，为掌握超低温下材料的服役行为和成形制造具有十分重要的意义。

目前，超低温力学性能测试方法主要为低温单向拉伸法，专利ZL201110156277.X公开了一种低温拉伸试验系统，通过设置低温风道、预冷室和拉伸工作室联通的方法，先对拉伸试样进行预冷处理，然后进行低温的单向拉伸，但该专利只能获得单向应力状态下的基本力学参量，不能获得材料在复杂应力状态下的变形信息和力学性能。

专利ZL201120192712.X、ZL201310288579.1公开了一种用于金属材料低温拉深的实验装置，该装置将液氮气化，利用液氮气雾进行冷却，同时将拉深试样密闭在不锈钢保温箱中进行试验，但该专利不能获得试样在整个低温变形过程中的变形信息，同时气雾冷却不能够将板材冷却至超低温温度，冷却效果较差。

板材在超低温环境下受复杂应力产生的变形行为十分复杂，而传统的单向应力状态测量不能准确反映板材在超低温环境下的变形信息。采用密闭冷却的方法虽然能够获得板材的超低温变形温度，但不能进行板材在超低温和复杂应力状态下变形信息的动态实时测量，只能获得少量的力学性能参量，无法精确反映板材在超低温环境下的变形特征等。因此，进行超低温和复杂应力下板材力学性能的测试尤为重要。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是：为了克服现有的测试装置存在只能获得金属板材在单向应力状态下的基本力学参量，而不能获得金属板材在复杂应力状态下的变形信息和力学性能的问题。进而提供一种超低温环境和复杂应力条件下的板材成形性能的测试装置与测试方法。

本发明为解决上述技术问题采用的技术方案是：所述的板材成形性能的测试装置包括超低温冷却系统、变形测试系统、保温箱、冷却剂回收装置和排气装置；

所述的变形测试系统设置在保温箱内；超低温冷却系统、冷却剂回收装置和排气装置设置在保温箱外；

所述的保温箱上设置有透明观测视窗、两个排气孔、进液孔和排液孔；排气装置分别通过一个排气孔与保温箱的箱体内相通，通过另外一个排气孔与变形测试系统相通；冷却剂回收装置通过排液孔与保温箱排液管路相通；超低温冷却系统通过进液孔与变形测试系统相通；