金属材料氢致开裂应力强度因子门槛值测定装置和方法与流程

本发明涉及一种金属材料氢致开裂应力强度因子门槛值测定装置和方法。

背景技术：

1、氢致开裂应力强度因子门槛值是在氢环境下研究材料断裂力学的重要参数，即在给定的应力水平下，裂纹尖端的应力强度因子达到或超过该门槛值时，裂纹将继续扩展。而关于可移式气瓶及其阀门材料与气体内容物的兼容性测试的国际标准iso-11114-4规定通过测定材料的氢致开裂应力强度因子门槛值来判断该材料是否适用于氢环境。紧凑拉伸(ct，compact tension)试样是常用的氢致开裂应力强度因子门槛值测定试样，目前常见的试验过程是通过楔形块对ct试样施加一定的载荷，然后放入高压釜充入氢气进行浸泡一段时间后卸除釜中压力，取出试样观察是否开裂，如未发生开裂，则重复上述试验流程。

2、当前试验所使用的装置和方法存在两个问题：首先，对ct试样的加载采用的是楔形块嵌入的方式，该方法施加的载荷大小是通过计算获得，存在一定的误差，并且在进行试验的过程中无法检测载荷的变化。而传统的载荷传感器通常以应变片作为测量元件，在氢环境中由于氢对电路和应变片的侵入存在较为严重的信号漂移，影响载荷测量的准确性，不适用于氢环境。因此在当前试验的过程中无法得知试样载荷变化的情况。其次，在采用现有测定方法时，试验过程中试样的开裂情况是未知的，同时所承受的载荷是无法调整的，需要卸去环境压力后将试样取出观察。如未发生开裂，则需要重新加载和增压，耗费大量时间。

3、这里的陈述仅提供与本发明有关的背景技术，而并不必然地构成现有技术。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种金属材料氢致开裂应力强度因子门槛值测定装置和方法，既能够实时测量试样载荷情况，又能够避免氢环境对测量仪表产生影响，并且可以在不卸除环境压力的情况下对试样重新施加可控载荷，节省了测试时间，又提高了测试准确度。

2、为了达到上述目的，本发明提供一种金属材料氢致开裂应力强度因子门槛值测定装置，包含：环境箱、装夹具和加载监测部件；

3、所述环境箱包含：可拆卸连接的环境箱体和环境箱上端盖，所述环境箱体通过介质进出口管路连通至气体源，所述环境箱上端盖具有通孔；

4、所述装夹具包含：上夹具和下夹具，所述上夹具的夹持端夹持住ct试样的上端，所述上夹具的连接端穿过所述环境箱上端盖上的所述通孔而伸出环境箱外，所述下夹具的夹持端夹持住ct试样的下端，所述下夹具的连接端与所述环境箱体连接；

5、所述加载监测部件包含：加载杆、加载螺母、加载弹簧和测力计，所述测力计的两端分别与所述加载杆和伸出环境箱外的所述上夹具的连接端连接，所述加载螺母套设在所述加载杆上，所述加载螺母与所述加载杆螺纹连接，通过拧动实现所述加载螺母在所述加载杆上的上下移动，所述加载弹簧套设在所述加载杆和所述测力计外部，所述加载弹簧的一端与所述环境箱上端盖接触，另一端与所述加载螺母接触。

6、所述环境箱体与所述环境箱上端盖采用螺纹连接，所述环境箱体和所述环境箱上端盖之间设置第一密封圈，所述第一密封圈设置在所述环境箱体上的第一开槽内。

7、所述环境箱上端盖上的所述通孔内设置第二密封圈，所述第二密封圈设置在所述通孔上的第二开槽内，所述通孔的顶部设置压紧螺母来压紧所述第二密封圈，所述压紧螺母与所述环境箱上端盖上的所述通孔采用螺纹连接。

8、所述的金属材料氢致开裂应力强度因子门槛值测定装置还包含定位罩，所述定位罩设置在所述环境箱上端盖顶部，所述加载杆、加载螺母、加载弹簧和测力计位于所述定位罩内部。

9、所述介质进出口管路上设置阀门，用于控制介质进出口管路的启闭。

10、通过销钉和螺母连接所述上夹具和ct试样，通过销钉和螺母连接所述下夹具和ct试样。

11、所述加载杆和所述加载螺母采用高强钢，所述环境箱上端盖、所述环境箱体、所述介质进出口管路、所述上夹具、所述下夹具、所述销钉和所述螺母采用奥氏体不锈钢。

12、本发明还提供一种组装所述的金属材料氢致开裂应力强度因子门槛值测定装置的方法，包含：

13、步骤s1、将ct试样的上端和下端分别与上夹具的夹持端和下夹具的夹持端连接起来，并暴露出所述ct试样上的裂纹；

14、步骤s2、将下夹具的连接端与环境箱体连接在一起；

15、步骤s3、将环境箱上端盖套设到上夹具的连接端，使上夹具的连接端穿过环境箱上端盖的通孔，将第二密封圈套设在上夹具的连接端，并将第二密封圈放置在通孔的第二开槽上，将压紧螺母套设到上夹具的连接端，压紧螺母与环境箱上端盖螺纹连接，旋紧压紧螺母来压紧第二密封圈；

16、步骤s4、将第一密封圈放入环境箱体的第一开槽内，接着旋紧环境箱上端盖来压紧第一密封圈；

17、步骤s5、将测力计与上夹具的连接端连接，再将加载杆与测力计连接，将加载弹簧套设在加载杆和测力计外部，将加载螺母通过螺纹连接套设在加载杆上；

18、步骤s6、将定位罩套在加载杆、加载螺母、加载弹簧和测力计的外侧。

19、本发明还提供一种采用所述的金属材料氢致开裂应力强度因子门槛值测定装置来进行金属材料氢致开裂应力强度因子门槛值的测定方法，包含以下步骤：

20、步骤s1、向下拧动加载螺母使其压缩加载弹簧，加载弹簧压缩后对加载螺母施加一个向上的作用力，该作用力通过加载螺母传递至加载杆，又通过加载杆传递至上夹具，最终该向上的作用力传递至ct试样，通过测力计测得该作用力的数值大小；

21、步骤s2、将作用力增大至试验要求的载荷大小后，开启阀门，通过介质进出口管路向环境箱内注入介质气体至指定压力，静置开始试验；

22、步骤s3、试验时间结束后，观测测力计的示数变化，如未发生力值下降现象，则向下拧动加载螺母加载至更大载荷，重复试验直至发生明显的力值下降现象。

23、本发明通过对加载弹簧进行压缩实现对试样的加载，同时将环境箱内试样所承受的载荷通过上夹具传递至环境箱外的测力计，既能够实时测量试样载荷情况，又能够避免氢环境对测量仪表产生影响，并且可以在不卸除环境压力的情况下对试样重新施加可控载荷，节省了测试时间，又提高了测试准确度。

1.一种金属材料氢致开裂应力强度因子门槛值测定装置，其特征在于，包含：环境箱、装夹具和加载监测部件；

2.如权利要求1所述的金属材料氢致开裂应力强度因子门槛值测定装置，其特征在于，所述环境箱体与所述环境箱上端盖采用螺纹连接，所述环境箱体和所述环境箱上端盖之间设置第一密封圈，所述第一密封圈设置在所述环境箱体上的第一开槽内。

3.如权利要求1所述的金属材料氢致开裂应力强度因子门槛值测定装置，其特征在于，所述环境箱上端盖上的所述通孔内设置第二密封圈，所述第二密封圈设置在所述通孔上的第二开槽内，所述通孔的顶部设置压紧螺母来压紧所述第二密封圈，所述压紧螺母与所述环境箱上端盖上的所述通孔采用螺纹连接。

4.如权利要求1所述的金属材料氢致开裂应力强度因子门槛值测定装置，其特征在于，还包含定位罩，所述定位罩设置在所述环境箱上端盖顶部，所述加载杆、加载螺母、加载弹簧和测力计位于所述定位罩内部。

5.如权利要求1所述的金属材料氢致开裂应力强度因子门槛值测定装置，其特征在于，所述介质进出口管路上设置阀门，用于控制介质进出口管路的启闭。

6.如权利要求1所述的金属材料氢致开裂应力强度因子门槛值测定装置，其特征在于，通过销钉和螺母连接所述上夹具和ct试样，通过销钉和螺母连接所述下夹具和ct试样。

7.如权利要求7所述的金属材料氢致开裂应力强度因子门槛值测定装置，其特征在于，所述加载杆和所述加载螺母采用高强钢，所述环境箱上端盖、所述环境箱体、所述介质进出口管路、所述上夹具、所述下夹具、所述销钉和所述螺母采用奥氏体不锈钢。

8.一种组装如权利要求1-7中任意一项所述的金属材料氢致开裂应力强度因子门槛值测定装置的方法，其特征在于，包含：

9.一种采用如权利要求1-7中任意一项所述的金属材料氢致开裂应力强度因子门槛值测定装置来进行金属材料氢致开裂应力强度因子门槛值的测定方法，其特征在于，包含以下步骤：