GB/T2039-2012 金屬材料單軸拉伸蠕變?cè)囼?yàn)方法試驗(yàn)方案
在高溫蒸汽鍋爐、蒸汽機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、柴油機(jī)等動(dòng)力機(jī)械和化工煉油設(shè)備及航空發(fā)動(dòng)機(jī)中,許多零件長(zhǎng)期在高溫條件下運(yùn)轉(zhuǎn),對(duì)于制造這類零件的金屬材料,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(qiáng)度隨溫度的升高而降低;其次高溫下材料的強(qiáng)度隨加載時(shí)間的延長(zhǎng)而降低。例如,蒸汽鍋爐、蒸汽回收器及化工設(shè)備的一些高溫高壓管道,雖然所承受的應(yīng)力小于工作溫度下材料的屈服強(qiáng)度,但在長(zhǎng)期使用過(guò)程中,會(huì)產(chǎn)生緩慢而連續(xù)的塑性形變,使管徑日益增大,甚至最后導(dǎo)致管道破裂。又如20鋼在450攝氏度的短時(shí)抗拉強(qiáng)度為330Mpa。若式樣僅承受230Mpa的應(yīng)力,但在該溫度下持續(xù)工作300h左右,也會(huì)斷裂,如果將應(yīng)力降至120Mpa左右,持續(xù)10000h還是會(huì)斷裂。這一試驗(yàn)結(jié)果表明,鋼的抗拉強(qiáng)度隨載荷持續(xù)時(shí)間的延長(zhǎng)而降低。
由此可見(jiàn),對(duì)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(yīng)力-應(yīng)變曲線來(lái)評(píng)定,還需加入溫度和時(shí)間兩個(gè)因素,研究溫度、應(yīng)力、應(yīng)變與時(shí)間的關(guān)系,建立評(píng)定材料高溫力學(xué)性能的指標(biāo)——蠕變極限和持久強(qiáng)度。
本試驗(yàn)方案是以GB/T2039-2012標(biāo)準(zhǔn)要求為基礎(chǔ)的,方案中包含拉伸蠕變?cè)囼?yàn)的目標(biāo),相關(guān)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn),試樣類型及適用與試驗(yàn)應(yīng)用的典型測(cè)試設(shè)備。
1、拉伸試驗(yàn)的目標(biāo)
高溫合金是航空發(fā)動(dòng)機(jī)、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)等高溫?zé)岫瞬考牟豢纱娴牟牧?,在航天、核工程、能源?dòng)力、交通運(yùn)輸、石油化工、冶金等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用,由于其用途的重要性,對(duì)材料的質(zhì)量控制與檢測(cè)非常嚴(yán)格。主要測(cè)定金屬材料在指定溫度下的蠕變伸長(zhǎng)和蠕變斷裂時(shí)間
特性參數(shù)是:
蠕變極限是高溫長(zhǎng)期載荷作用下材料對(duì)塑性變形抗力的指標(biāo)
持久強(qiáng)度是材料在高溫長(zhǎng)時(shí)載荷作用下抵抗斷裂的能力
2、相關(guān)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn):
GB/T2039-2012《金屬拉伸蠕變及持久試驗(yàn)方法》
JJG276-2009《高溫蠕變、持久強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)》
GB/T16825.2-2005《拉力蠕變?cè)囼?yàn)機(jī)施加力的檢驗(yàn)》
JB/T9373-1999《拉力蠕變?cè)囼?yàn)機(jī)技術(shù)條件》
GB/2611-2007《試驗(yàn)機(jī)通用技術(shù)要求》
HB5151-1996《金屬高溫拉伸蠕變?cè)囼?yàn)方法》
HB5150-1996《金屬高溫拉伸持久試驗(yàn)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(yàn)應(yīng)用的典型測(cè)試設(shè)備:
CTM系列機(jī)械式高溫蠕變持久試驗(yàn)機(jī)
CTM系列電子式高溫蠕變持久試驗(yàn)機(jī)
4.1試驗(yàn)設(shè)備
試驗(yàn)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)配置:主機(jī)+夾具+附件
主機(jī):機(jī)械式高溫蠕變持久試驗(yàn)機(jī)
機(jī)械式高溫蠕變持久試驗(yàn)機(jī)
主機(jī):電子式高溫蠕變持久試驗(yàn)機(jī)
電子式高溫蠕變持久試驗(yàn)機(jī)
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(zhǎng);其在高溫高應(yīng)力水平下能長(zhǎng)期連續(xù)使用。上下夾具之間更換板材接頭,即可做板材拉伸實(shí)驗(yàn)。
高溫拉桿夾具
標(biāo)準(zhǔn)拉桿及夾具示意
高溫變形測(cè)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(qiáng)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(guó)海德漢光柵尺高精密儀器測(cè)量;
c、數(shù)據(jù)的采集使用本公司專門為海德漢光柵尺開(kāi)發(fā)的數(shù)據(jù)采集板,此采集板采集頻率高,且與軟件配合使用,可以對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行自定義的儲(chǔ)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(guó)海德漢光柵尺
附件:高溫爐
可為高溫拉伸試驗(yàn)提供長(zhǎng)時(shí)間、穩(wěn)定的試驗(yàn)溫度環(huán)境。
4.2試樣的制備儀器: CNC加工中心
機(jī)加工啞鈴型圓形橫截面試樣
應(yīng)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(jī)工業(yè)(集團(tuán))公司
西安航空發(fā)動(dòng)機(jī)(集團(tuán))有限公司
南方航空工業(yè)公司
陜西飛機(jī)工業(yè)公司
北方重工集團(tuán)有限公司
西安國(guó)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(jī)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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