[发明专利]一种气氛保护的高温拉伸试验装置

说明书

本发明提供一种气氛保护的高温拉伸试验装置，属于材料性能测试技术领域。该装置包括加热舱、加热系统、水循环冷却系统、气氛保护系统、光学显微观测系统和传动控制系统，加热舱中设计内嵌的水循环冷却系统；加热系统连接在加热舱上，采用短波红外加热管；气氛保护系统通过对密封加热舱体抽真空，然后填充保护气体实现；通过高温观察窗连接光学显微观测系统；传动控制系统包括移动横梁、双向滚珠丝杠、拉伸轴。该装置可以实现试样无氧化的高温拉伸测试，为材料高温断裂分析提供了研究平台；另由于其高效加热和冷却系统的设计，能够显著缩短材料高温拉伸实验周期。

技术领域

本发明涉及材料性能测试技术领域，特别是指一种气氛保护的高温拉伸试验装置。

背景技术

目前材料高温拉伸性能多通过在室温拉伸机上加装的对开式电阻炉进行检测，电阻炉内置有大量耐火砖，高温拉伸后若直接打开加热炉，则会造成耐火砖的破裂，损坏加热炉，所以拉伸后需等炉内温度降至一定温度后才能打开炉体并取出试样。由于炉体较大，加热和散热效率低，因此常呈现出高温拉伸试验过程5min，升温降温等待3h的情况，检测效率极低。此外炉体无密封设计，因此拉伸过程中试样表面不可避免地发生氧化，从研究方面来说，拉伸后受表面氧化和长时间冷却过程中组织回复过程的影响，不但难以实现对材料高温断裂过程的观察，还无法准确提取试样断口及断后组织信息，不利于材料高温断裂过程的理论研究。基于上述试验情况，发明一种可实现气氛保护和高效控温的高温拉伸试验装置具有显著的市场前景和研究价值。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种气氛保护的高温拉伸试验装置，主要由密封加热舱、加热系统、水循环冷却系统、气氛保护系统、光学显微观测系统以及传动控制系统组成。借助光学显微观测系统，可实现材料高温拉伸过程中表面无氧化状态下的断裂过程表征，此外试样气氛保护下快速冷却的实现，更有助于试样断口形貌和组织的观察分析。

具体的，该装置包括加热舱、加热系统、水循环冷却系统、气氛保护系统、光学显微观测系统和传动控制系统，加热舱中设计内嵌的水循环冷却系统；加热系统采用短波红外加热管，短波红外加热管连接在加热舱上；气氛保护系统通过对密封加热舱抽真空，然后填充保护气体实现；加热舱侧面加热舱盖上设置高温观察窗，通过高温观察窗连接光学显微观测系统；传动控制系统包括移动横梁、双向滚珠丝杠和拉伸轴，加热舱位于由移动横梁和两个双向滚珠丝杠构成的拉伸机架中间，加热舱通过拉伸轴固定在移动横梁上。

其中，加热舱由耐热合金制成，内部采用反射聚焦加热设计，加热舱壳体内部设计冷却水管路，加热舱和外接密封件的接口处安装热电偶进行温度保护。

加热舱为箱体结构，上下分别焊接两块冷却板，加热舱一侧安装高温引伸计密封盒；与加热舱盖相对的侧面设置出水口和进水口；加热舱内部为双椭圆反射截面，两个椭圆截面共享一个焦点，拉伸试样位于该焦点上，短波红外加热管安装在两个椭圆的另两个焦点上，根据椭圆几何特征，加热管处辐射出的红外波可汇聚至试样处，显著提高加热效率。

加热舱和拉伸轴之间通过密封轴套连接，密封轴套内部加工密封圈内槽。

高温引伸计密封盒通过螺栓二固定在加热舱上，高温引伸计密封盒内引伸计的石英针脚通过引伸计插槽插入加热舱，并和拉伸试样接触。

加热舱盖通过螺栓一固定在加热舱上，加热舱盖上高温观察窗处的密封圈槽内放置高温密封圈。

冷却板上加工外接孔、加热管插孔、冷却水密封口和拉伸轴孔，密封件通过高温密封圈和螺栓连接在外接孔上。

双向滚珠丝杠两端分别加工正向螺纹和反向螺纹。

该装置中，传动控制系统由拉伸机架和控制系统组成，其中拉伸机架设计为立式，电机位于机架底部并通过两根双向滚珠丝杆将运动传送到上下横梁上，双向滚珠丝杆方向两侧由于螺纹方向相反，使得上下横梁带动拉伸轴同时向相反方向运动，不同于传统拉伸设备单侧固定的特征，该设计可保证试样中心位置在拉伸过程中保持不变，达到原位拉伸的效果。