一种电站用耐热钢微试样蠕变性能测试装置

技术领域

本发明属于金属材料力学性能测试领域，涉及一种电站用耐热钢微试样蠕变性能测试装置。

背景技术

由于我国能源资源特殊性，火力发电仍是我国电力资源供应、储备的主要方式。随着我国对电力需求的不断增大，火力发电设备不断优化提高，超超临界火力发电机组成为目前的首选设备。超超临界火电机组运行温度高于600℃，且内部蒸汽压力较大，服役环境恶劣，运行条件苛刻，对机组关键部件材料性能要求较高。

火力发电机组长期工作在高温工况条件下，蠕变性能成为衡量机组寿命及运行情况的重要依据，目前蠕变的性能测试普遍采用标准蠕变试样进行单轴蠕变拉伸试验方法，但该方法存在试样尺寸大、试验耗时长、成本高、消耗大等问题，且对于在役机组来说因制备标准蠕变试样需要在服役的设备/部件上直接切割取样，从而直接造成设备的破坏性损伤而无法使用，这是目前该方法最大的弊端。因此，开发新型一种可用于在役设备进行无损取样的微试样测试装置及蠕变性能测试方法是解决目前上述问题的最佳途径。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种电站用耐热钢微试样蠕变性能测试装置，该装置能够准确测量微试样变形与时间的关系，且具有试验耗时短、成本低及消耗少的特点。

为达到上述目的，本发明所述的电站用耐热钢微试样蠕变性能测试装置包括支撑座、冲杆、上横梁、石英管、下横梁、开放式管式炉、石英棒、位移传感器、支撑底座及位移记录仪；

支撑座上放置有砝码，冲杆的上端与支撑座相连接，冲杆的下端穿过上横梁插入于石英管内，石英管的上端固定于上横梁上，石英管的下端固定于下横梁上，开放式管式炉套接于石英管的外侧，石英管内设置有夹具，所述夹具包括上夹具及下夹具，其中，待测试样夹持于上夹具与下夹具之间，冲杆的下端穿过下夹具与待测试样上表面的中心位置相接触，石英棒的上端与待测试样底部的中心位置相接触，石英棒的下端穿过下夹具后与位移传感器相配合，位移传感器位于支撑底座上，位移传感器的输出端与位移记录仪相连接。

石英管与上横梁及下横梁之间均通过法兰及螺栓相连接。

上夹具与下夹具之间通过紧固螺栓相连接。

还包括陶瓷管，其中，陶瓷管位于石英管内，陶瓷管的下端固定于下横梁上，陶瓷管的上端固定于下夹具上。

还包括用于检测石英管内温度的K型热电偶，其中，K型热电偶与开放式管式炉相连接。

还包括套筒，其中套筒穿过上横梁，且套筒与冲杆之间设置有滑动轴承。

还包括气体保护系统，其中，气体保护系统与石英管相连通。

位移传感器通过磁吸底座固定于支撑底座上。

本发明具有以下有益效果：

本发明所述的电站用耐热钢微试样蠕变性能测试装置在具体操作时，待测试样位于石英管内，且待测试样夹持于夹具内，在测量时，通过砝码及冲杆对待测试样上部的中心位置处施加作用力，于此同时，石英棒的上端与待测试样下表面的中心位置相接触，石英棒的下端与位移传感器相配合，从而直接测量出待测试样中心挠度的变化，同时记录微试样变形与时间的关系，并根据待测试样中心挠度的变化得到试样蠕变性能，操作方便、简单，成本低，试验时间短。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中上夹具的结构示意图；

图3为图2中B-B方向的截面图；

图4为本发明中下夹具的结构示意图；

图5为图4中A-A方向的截面图；

图6为本发明中法兰的结构示意图。

其中，1为砝码、2为支撑座、3为冲杆、4为开放式管式炉、5为夹具、6为法兰、7为位移传感器、8为支撑底座、9为套筒、10为上横梁、11为石英管、12为紧固螺栓、13为陶瓷管、14为K型热电偶、15为石英棒。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参考图1至图6，本发明所述的电站用耐热钢微试样蠕变性能测试装置包括支撑座2、冲杆3、上横梁10、石英管11、下横梁、开放式管式炉4、石英棒15、位移传感器7、支撑底座8及位移记录仪；支撑座2上放置有砝码1，冲杆3的上端与支撑座2相连接，冲杆3的下端穿过上横梁10插入于石英管11内，石英管11的上端固定于上横梁10上，石英管11的下端固定于下横梁上，开放式管式炉4套接于石英管11的外侧，石英管11内设置有夹具5，所述夹具5包括上夹具及下夹具，其中，待测试样夹持于上夹具与下夹具之间，冲杆3的下端穿过下夹具与待测试样上表面的中心位置相接触，石英棒15的上端与待测试样底部的中心位置相接触，石英棒15的下端穿过下夹具后与位移传感器7相配合，位移传感器7位于支撑底座8上，位移传感器7的输出端与位移记录仪相连接，其中，位移传感器7通过磁吸底座固定于支撑底座8上。

石英管11与上横梁10及下横梁之间均通过法兰6及螺栓相连接；上夹具与下夹具之间通过紧固螺栓12相连接。

本发明还包括气体保护系统、套筒9、陶瓷管13以及用于检测石英管11内温度的K型热电偶14，其中，陶瓷管13位于石英管11内，陶瓷管13的下端固定于下横梁上，陶瓷管13的上端固定于下夹具上；K型热电偶14与开放式管式炉4相连接；套筒9穿过上横梁10，且套筒9与冲杆3之间设置有滑动轴承；气体保护系统与石英管11相连通。

下夹具的上表面设置有用于放置试样的圆柱形凹槽，该圆柱形凹槽与待测试样的直径相同，能够保证待测试样中心处于加载冲杆3的正下方，试样规格为Φ8×0.5mm，可对在役设备进行无损取样而不造成设备的破坏性损伤。

所述上夹具的下端面设置有凸台，下夹具的上端面设置有与所述凸台相配合的凹槽，且两者之间间隙配合，其上夹具与下夹具之间通过紧固螺栓12相连接，从而对待测试样施加预紧力，有效防止试样在测试过程中与夹具之间发生相对滑动而造成测试结果准确性降低，有效保证微型试样在测试过程不会发生变形以外的相对滑动，提高测试精度。

通过石英棒的上端与待测试样地面的中心相接触，同时配合位移传感器，从而直接测量出待测试样中心挠度的变化，相比测量冲杆下移的位移更加准确，降低了试验误差。

所述冲杆3为阶梯形式结构，有效降低应力集中导致冲杆3强度降低的可能性。

所述冲杆3设计有水冷通道，有效防止高温测试时对冲杆3产生热变形，进而提高测试结果的准确性。

所述气体保护系统采用99.9％的氩气作为试验时的保护气体，在测试时能够防止微型试样表面氧化，保证试样测试时的精度要求。

本发明的具体试验过程为：

1)将待测试样放置于下夹具上，再将下夹具与上夹具通过紧固螺栓12相连接同时施加预紧力，以保证待测试样在测试过程中不会与夹具发生相互滑动。

2)设置试验所需温度，在加热开始前通入保护气体，防止待测试样在高温环境中发生氧化以影响测试的准确性。

3)将待测试样在所需温度下保温1-2小时，然后开始施加载荷，同时开始记录待测试样中心位置的位移数据，直至试样发生断裂。

4)将位移记录仪所记录的位移-时间曲线进行输出，且对该曲线进行等效转化及分析，最终得出材料的蠕变性能参数。