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GB/T2039-2012 金屬材料單軸拉伸蠕變試驗方法試驗方案
在高溫蒸汽鍋爐、蒸汽機、燃氣輪機、柴油機等動(dòng)力機械和化工煉油設備及航空發(fā)動(dòng)機中,許多零件長(cháng)期在高溫條件下運轉,對于制造這類(lèi)零件的金屬材料,如果只考慮其溫室下的力學(xué)性能顯然是不行的。首先,高溫下材料的強度隨溫度的升高而降低;其次高溫下材料的強度隨加載時(shí)間的延長(cháng)而降低。例如,蒸汽鍋爐、蒸汽回收器及化工設備的一些高溫高壓管道,雖然所承受的應力小于工作溫度下材料的屈服強度,但在長(cháng)期使用過(guò)程中,會(huì )產(chǎn)生緩慢而連續的塑性形變,使管徑日益增大,甚至最后導致管道破裂。又如20鋼在450攝氏度的短時(shí)抗拉強度為330Mpa。若式樣僅承受230Mpa的應力,但在該溫度下持續工作300h左右,也會(huì )斷裂,如果將應力降至120Mpa左右,持續10000h還是會(huì )斷裂。這一試驗結果表明,鋼的抗拉強度隨載荷持續時(shí)間的延長(cháng)而降低。
由此可見(jiàn),對于材料的高溫力學(xué)性能不能簡(jiǎn)單的溫室下短時(shí)拉伸應力-應變曲線(xiàn)來(lái)評定,還需加入溫度和時(shí)間兩個(gè)因素,研究溫度、應力、應變與時(shí)間的關(guān)系,建立評定材料高溫力學(xué)性能的指標——蠕變極限和持久強度。
本試驗方案是以GB/T2039-2012標準要求為基礎的,方案中包含拉伸蠕變試驗的目標,相關(guān)試驗標準,試樣類(lèi)型及適用與試驗應用的典型測試設備。
1、拉伸試驗的目標
高溫合金是航空發(fā)動(dòng)機、火箭發(fā)動(dòng)機、燃氣輪機等高溫熱端部件的不可代替的材料,在航天、核工程、能源動(dòng)力、交通運輸、石油化工、冶金等領(lǐng)域得到廣泛的應用,由于其用途的重要性,對材料的質(zhì)量控制與檢測非常嚴格。主要測定金屬材料在指定溫度下的蠕變伸長(cháng)和蠕變斷裂時(shí)間
特性參數是:
蠕變極限是高溫長(cháng)期載荷作用下材料對塑性變形抗力的指標
持久強度是材料在高溫長(cháng)時(shí)載荷作用下抵抗斷裂的能力
2、相關(guān)試驗標準:
GB/T2039-2012《金屬拉伸蠕變及持久試驗方法》
JJG276-2009《高溫蠕變、持久強度試驗機》
GB/T16825.2-2005《拉力蠕變試驗機施加力的檢驗》
JB/T9373-1999《拉力蠕變試驗機技術(shù)條件》
GB/2611-2007《試驗機通用技術(shù)要求》
HB5151-1996《金屬高溫拉伸蠕變試驗方法》
HB5150-1996《金屬高溫拉伸持久試驗方法》
ASTM E139-2003 《Conducting Creep, Creep-Rupture, and Stress-RuptureTests of Metallic Materials
JJG141 工業(yè)用貴金屬熱電偶
JJG351 工業(yè)用廉金屬熱電偶
3、試樣類(lèi)型:常用的是圓形比例試樣,特殊情況下有矩形及方形或其他形狀橫截面的試樣
4、適用于試驗應用的典型測試設備:
CTM系列機械式高溫蠕變持久試驗機
CTM系列電子式高溫蠕變持久試驗機
4.1試驗設備
試驗設備標準配置:主機+夾具+附件
主機:機械式高溫蠕變持久試驗機
機械式高溫蠕變持久試驗機
主機:電子式高溫蠕變持久試驗機
電子式高溫蠕變持久試驗機
高溫拉桿夾具
夾具采用優(yōu)質(zhì)高溫材料制造,性能好,使用壽命長(cháng);其在高溫高應力水平下能長(cháng)期連續使用。上下夾具之間更換板材接頭,即可做板材拉伸實(shí)驗。
高溫拉桿夾具
標準拉桿及夾具示意
高溫變形測量裝置
a、試樣的變形通過(guò)引伸裝置引出高溫爐,變形引伸裝置均采用優(yōu)質(zhì)高溫合金制作,保證在高溫環(huán)境下一定的強度,使得試樣的變形量毫無(wú)保留的傳遞出來(lái);
b、采用德國海德漢光柵尺高精密儀器測量;
c、數據的采集使用本公司專(zhuān)門(mén)為海德漢光柵尺開(kāi)發(fā)的數據采集板,此采集板采集頻率高,且與軟件配合使用,可以對采集的數據進(jìn)行自定義的儲存
高溫變形引伸裝置
卡口式+緊固帽=固定高溫變形引伸裝置
德國海德漢光柵尺
附件:高溫爐
可為高溫拉伸試驗提供長(cháng)時(shí)間、穩定的試驗溫度環(huán)境。
4.2試樣的制備儀器: CNC加工中心
機加工啞鈴型圓形橫截面試樣
應用案列
上海寶鋼技術(shù)研究院
北京航空材料研究院
成都飛機工業(yè)(集團)公司
西安航空發(fā)動(dòng)機(集團)有限公司
南方航空工業(yè)公司
陜西飛機工業(yè)公司
北方重工集團有限公司
西安國電熱工研究院
貴州安吉航空鑄造有限公司
貴州黎明航空發(fā)動(dòng)機有限公司
北京航空航天大學(xué)
南昌航空航天大學(xué)
中南大學(xué)
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