評價各向異性金屬和合金材料開裂傾向的方法技術

一種評價各向異性金屬和合金材料開裂傾向的方法，向試樣殼體內部注入流體，并對流體加壓從而對該試樣施加均勻壓力。加壓使得試樣膨脹變形，從而在試樣殼體的內表面和外表面形成環向拉應力。不斷增大流體壓力，直至試樣的筒體破壞。通過性能表征—環向破壞強度，從而能夠評價各向異性的金屬和合金材料沿軸向開裂的傾向的方法，克服了現有技術中的試驗方法存在無法評價各向異性金屬和合金材料小規格板、棒、絲材沿軸向開裂的傾向的不足，填補了此類產品軸向失效開裂評價方法的空白。

A method for evaluating the cracking tendency of anisotropic metal and alloy materials

A method for evaluating the cracking tendency of anisotropic metal and alloy materials is introduced, which injecting fluid into the sample shell and pressurizing the fluid to exert uniform pressure on the specimen. The compression causes the specimen to expand and deform, thus forming the cyclic tensile stress on the inner and outer surfaces of the specimen shell. The fluid pressure is constantly increased until the specimen's barrel is destroyed. \u901a\u8fc7\u6027\u80fd\u8868\u5f81\u2014\u73af\u5411\u7834\u574f\u5f3a\u5ea6\uff0c\u4ece\u800c\u80fd\u591f\u8bc4\u4ef7\u5404\u5411\u5f02\u6027\u7684\u91d1\u5c5e\u548c\u5408\u91d1\u6750\u6599\u6cbf\u8f74\u5411\u5f00\u88c2\u7684\u503e\u5411\u7684\u65b9\u6cd5\uff0c\u514b\u670d\u4e86\u73b0\u6709\u6280\u672f\u4e2d\u7684\u8bd5\u9a8c\u65b9\u6cd5\u5b58\u5728\u65e0\u6cd5\u8bc4\u4ef7\u5404\u5411\u5f02\u6027\u91d1\u5c5e\u548c\u5408\u91d1\u6750\u6599\u5c0f\u89c4\u683c\u677f\u3001\u68d2\u3001\u4e1d\u6750\u6cbf\u8f74\u5411\u5f00\u88c2\u7684\u503e\u5411\u7684\u4e0d\u8db3\uff0c\u586b\u8865\u4e86\u6b64\u7c7b\u4ea7\u54c1\u8f74\u5411\u5931\u6548\u5f00\u88c2\u8bc4\u4ef7\u65b9\u6cd5\u7684\u7a7a\u767d\u3002

【技術實現步驟摘要】
評價各向異性金屬和合金材料開裂傾向的方法
本專利技術涉及測試領域，具體是一種評價各向異性的金屬和合金材料在常溫條件下作為結構材料服役時因承受一次加載而沿軸向開裂傾向的方法。
技術介紹
眾所周知，金屬和合金材料的力學性能各向異性現象普遍存在，程度不同。特別在金屬和合金的熱加工過程中，伴隨著鍛造、拉拔、軋制等宏觀變形過程的發生，微觀層面的晶粒發生跟隨變形，沿宏觀伸長方向拉長，產生所謂的晶粒流線(grainflow)。晶粒流線的出現，使含晶粒流線材料的力學性能呈現各向異性。沿流線伸長方向加載時，材料具有較高的力學性能，包括抗拉強度、斷裂韌性、應力腐蝕臨界應力強度因子；垂直于流線方向加載時的力學性能則較差。特別對于細長的金屬絲材、棒料，其力學性能的各向異性更加明顯。所述的流線伸長方向是指材料的軸向。所述的垂直于流線方向是指材料的徑向和環向。當含晶粒流線棒材、絲材的金屬和合金制成品作為結構材料服役時，其破壞斷口的宏觀斷面特征有兩類：第一類斷面沿軸向的法平面斷裂破壞，如：抗拉型螺栓，拉桿等；第二類斷面沿軸向開裂，如：螺母，槍管，管接頭等。目前現有評價金屬和合金材料在室溫條件下因承受一次加載而破壞測試方法主要側重于第一類破壞模式的評價?；痉椒ㄓ校涸嚇尤臃较蚝驮囼灱虞d時試樣主應力的方向均沿軸向，進而對此試樣進行拉伸試驗，常用標準如：《GB-228.1金屬材料拉伸試驗第一部分:室溫試驗方法》，最終獲得材料的抗拉強度作為評價表征；進行第二類破壞模式的評價測試時，當原材料或產品尺寸足夠容納試樣，直接沿徑向、環向取樣制樣進行拉伸試驗，即可獲得抗拉強度表征。而對于小規格板、棒、絲材，其環向、徑向尺寸遠小于標準試樣尺寸，現有的拉伸試驗方法無法適用?，F有關于金屬材料試驗的專利中均無評價各向異性的金屬和合金材料的小規格板、棒、絲材的徑向、環向性能適用的試驗方法。耐壓和爆破試驗：耐壓和爆破試驗是檢查導管、容器等流體結構的重要試驗，通過對流體介質加壓，以不同速率對流體結構施加應力，檢查結構的嚴密性和強度。該類試驗方法在國家標準GB-150《壓力容器》、國軍標GJB-3230《航空液壓導管和接頭試驗方法》中均有描述。除了檢查流體結構導管、容器等，通過流體介質施加應力的方法也可用于檢測其他對象。已有公開專利US7,380,466通過流體介質加壓的方式，對混凝土結構施加壓力并測量過程中應變，確定混凝土的機械性能。公開專利CN201159706Y中利用液壓伺服系統控制的活塞對一種道路工程材料的環狀被測試樣均勻施力，從而達到測量環向性能，最終反映拉伸疲勞壽命。使用流體介質加壓對取自金屬和合金材料的小規格板、棒、絲材原材料及制成品的試樣進行加壓試驗，并進行性能表征的方法，未見公開報道。綜上，因試驗方法空白，小規格板、棒、絲材的環向、徑向性能數據在工程手冊中是空白狀態；而該類材料沿軸向開裂是其服役過程中重要的失效模式，需要此類試驗數據指導工程應用?，F有技術無法滿足需求工程需求。
技術實現思路
為克服現有技術中存在的試驗方法無法評價各向異性金屬和合金材料小規格板、棒、絲材沿軸向開裂傾向的不足，本專利技術提出了一種評價各向異性金屬和合金材料開裂傾向的方法。本專利技術的具體過程如下：步驟1，試樣的制作；試樣的旋轉軸線與所評價材料的晶粒流向相同；所述測試段的壁厚δ與該測試段的外徑D之比小于0.1。所述試樣的一端為連接端，另一端為密封端，中部為測試段。所述測試段的外徑D為6～11mm，測試段的內徑d為5～10mm，測試段的壁厚δ為0.5mm；d：δ＝10～20。所述連接端的外圓周表面加工有連接法蘭；所述連接法蘭的外端端面為與管接頭內錐面配合的球面。所述密封端的外徑比測試段外徑大15％。步驟2，壓力傳感器的連接：將高壓液壓缸的壓力傳感器與信號采集儀器連接。步驟3，試樣和液壓爆破試驗系統的連接：通過液壓爆破試驗系統中的金屬導管和管接頭將試樣與高壓液壓缸的油路出口連接試樣。連接時，將管接頭的內錐面與試樣的球面通過螺母壓緊配合，使兩者之間的配合面形成密封面。所述高壓液壓缸的壓力為0MPa。步驟4，增壓：對雙作用液壓缸加載，以驅動高壓液壓缸增壓。所述增壓的具體過程是控制閥門連續從所述雙作用液壓缸的進油口通入液壓油。打開所述雙作用液壓缸的出油口，通過活塞推動活塞連桿，進而推動高壓活塞，使位于試樣內的壓力和高壓液壓缸內的壓力逐步升高。所述高壓液壓缸內的壓力P為105～300MPa，所述雙作用液壓缸的工作壓力P0為21MPa。所述雙作用液壓缸的工作推力范圍為5KN～323KN。步驟5，試樣破裂：該試樣中空回轉體部分在承受內部壓力為P的條件下，應力分布有如下特點：測試段筒體部份質點單元為二向應力狀態，即徑向應力σr＝0，且各受力面應力均勻分布。環向應力軸向應力其中：試樣的測試段內徑為d；壁厚為D為測試段的外徑。為保證試樣測試段能被高壓液體膨脹破裂，須使試樣筒體的環向應力σθ超過試樣材料的斷裂強度σb。即滿足：隨著高壓液壓缸的工作壓力值P的不斷增加，試樣筒體的環向應力σθ超過材料破壞強度σb時，試樣筒體沿軸向開裂，位于該高壓液壓缸內的高壓液壓油泄露。發生爆裂和泄漏即判定試驗結束，關閉進油口，所述信號采集儀停止記錄壓力；得到高壓液壓缸與試樣的最高壓力Pb。試驗完成。步驟6，試驗結果表征：材料的環向破壞強度σθb。當試樣筒體破壞模式為軸向開裂破壞時，σθb的表達式為：其中：Pb是試驗過程中壓力傳感器9測得的高壓液壓缸3的最高壓力，即試樣破壞時的壓力。本專利技術通過性能表征—環向破壞強度，從而能夠評價各向異性的金屬和合金材料沿軸向開裂的傾向的方法，克服了現有技術中的試驗方法存在無法評價各向異性金屬和合金材料小規格板、棒、絲材沿軸向開裂的傾向的不足，本專利技術填補此類產品軸向失效開裂評價方法的空白。本專利技術向試樣殼體內部注入流體，并對流體加壓從而對該試樣施加均勻壓力。加壓使得試樣膨脹變形，從而在試樣殼體的內表面和外表面形成環向拉應力。不斷增大流體壓力，直至試樣的筒體破壞。通過壓力記錄儀記錄流體達到的最大壓力，即破壞壓力。使用該壓力數值為試驗結果輸出，結合試樣截面尺寸得到環向破壞強度。以環向破壞強度來表征此種材料沿軸向開裂的傾向。在外界條件一定的條件下，材料的環向破壞強度越低，沿軸向開裂的傾向越高。試樣殼體的內外表面依據制成品的特征形狀對照加工，既可以是光滑的，也可以是粗糙的，也可以帶有突起或凹下紋路，也可以在表面加工出內螺紋或外螺紋。與現有技術相比較，本專利技術的獨特優勢在于：1：能夠評價小尺寸(直徑或厚度<16mm)各向異性材料的小規格板、棒、絲材沿軸向開裂傾向的強弱。2：應力施加的范圍沿整個試樣表面，因此考察范圍更廣，降低了批量抽樣風險。3：試樣的內外表面均為拉應力，應力狀態和服役狀態一致。4：破壞性的測試結果體現失效模式，破壞斷口能有效顯示微觀缺陷。附圖說明圖1是試樣旋轉體截面。圖2是試樣和管接頭連接結構示意圖。圖3是試樣與液壓爆破系統的配合示意圖。圖4是本專利技術的流程圖。圖中：1.試樣；2.高壓液壓油；3.高壓液壓缸；4.高壓活塞；5.活塞連桿；6.活塞；7.雙作用液壓缸；8.液壓油；9壓力傳感器；10.進油口；11.出油口；12.螺母；13.管接頭。具體實施方式本專利技術針對斷裂強本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種評價各向異性金屬和合金材料開裂傾向的方法，其特征在于，具體過程是：步驟1，試樣的制作；試樣的旋轉軸線與材料的晶粒流向相同；測試段的壁厚δ與該測試段的外徑D之比小于0.1；步驟2，壓力傳感器的連接：將高壓液壓缸的壓力傳感器與信號采集儀器連接；步驟3，試樣和液壓爆破試驗系統的連接：通過液壓爆破試驗系統中的金屬導管和管接頭將試樣與高壓液壓缸的油路出口連接試樣；連接時，將管接頭的內錐面與試樣的球面通過螺母壓緊配合，使兩者之間的配合面形成密封面；所述高壓液壓缸的壓力為0MPa；步驟4，增壓：對雙作用液壓缸加載，以驅動高壓液壓缸增壓；所述高壓液壓缸內的壓力P為105～300MPa，所述雙作用液壓缸的工作壓力P0為21MPa；所述雙作用液壓缸的工作推力范圍為5KN～323KN；步驟5，試樣破裂：為保證試樣測試段能被高壓液體膨脹破裂，須使試樣筒體的環向應力σθ超過試樣材料的斷裂強度σb；即滿足：

【技術特征摘要】
1.一種評價各向異性金屬和合金材料開裂傾向的方法，其特征在于，具體過程是：步驟1，試樣的制作；試樣的旋轉軸線與材料的晶粒流向相同；測試段的壁厚δ與該測試段的外徑D之比小于0.1；步驟2，壓力傳感器的連接：將高壓液壓缸的壓力傳感器與信號采集儀器連接；步驟3，試樣和液壓爆破試驗系統的連接：通過液壓爆破試驗系統中的金屬導管和管接頭將試樣與高壓液壓缸的油路出口連接試樣；連接時，將管接頭的內錐面與試樣的球面通過螺母壓緊配合，使兩者之間的配合面形成密封面；所述高壓液壓缸的壓力為0MPa；步驟4，增壓：對雙作用液壓缸加載，以驅動高壓液壓缸增壓；所述高壓液壓缸內的壓力P為105～300MPa，所述雙作用液壓缸的工作壓力P0為21MPa；所述雙作用液壓缸的工作推力范圍為5KN～323KN；步驟5，試樣破裂：為保證試樣測試段能被高壓液體膨脹破裂，須使試樣筒體的環向應力σθ超過試樣材料的斷裂強度σb；即滿足：隨著高壓液壓缸的工作壓力值P的不斷增加，試樣筒體的環向應力σθ超過材料破壞強度σb時，試樣筒體沿軸向開裂，位于該高壓液壓缸內的高壓液壓油泄露；發生爆裂和泄漏即判定試驗結束，關閉進油口，所述信號采集儀停止記錄壓力；得到高壓液壓缸與試樣的最高壓力...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王泓，
申請(專利權)人：西北工業大學，
類型：發明
國別省市：陜西,61