[发明专利]高转速-高温作用下材料力学性能的高通量测试方法

说明书

本发明公开了一种高转速‑高温作用下材料力学性能的高通量测试方法。确定离心机的转速和尺寸、测试试样的尺寸和重量、离心应力等参数，测试试样的标距段上安装控温热电偶和应变片，控温系统控制感应加热系统、循环水冷却系统工作对测试试样施加温度载荷，启动离心机的主轴旋转且转速达到转速，保持不变直到测试试样被拉断断裂，通过控温热电偶和应变片实时采集数据，最后关闭并空冷至常温。本发明将提供一次可以同时测试一种材料多种条件下的材料力学性能，极大地提高了材料性能测试的效率，也极大地方便了在同一测试条件下不同材料的力学性能的对比试验。

技术领域

本发明涉及金属材料力学性能测试领域的一种材料性能测试方法，尤其涉及一种在高转速-高温作用下金属材料力学性能的高通量测试方法。

背景技术

国家标准GB/T 38822-2020《金属材料蠕变-疲劳试验方法》和GB/T6825.1-2008《静单轴试验机的检验第1部分：拉力和(或)压力试验机测力系统的检验与校准》等均规定金属材料力学性能的测试方法，一方面这些标准规定的测试环境均为1G(G＝9.8m/s²)，可以满足金属材料本身力学性能的研究，另一方面，这些测试标准一次只能测试一种条件下的材料力学性能，测试效率低，成本高。然而，随着材料基因组计划和两机专项的实施，以及涡轮推进系统，如航空发动机、航天发动机、工业和舰艇用燃气轮机、汽车和火车用涡轮增压器等动力系统的关键部件，如压气机叶片、风扇叶片、涡轮工作叶片等研发任务的迫切性，尤其这些系统部件材料在正常工作时均处于高速旋转状态，即服役环境通常为离心超重力环境。

发明内容

针对目前1G下金属材料静态力学性能测试的不足，针对目前没有适合高转速-高温作用下金属材料力学性能测试过程中的原位加热装置及智能控温技术，以及新材料研发对金属材料高通量力学性能测试的迫切需求，本发明提供了一种适合高转速-高温作用下金属材料高通量力学性能测试方法，解决目前金属材料力学性能测试效率低、成本高的问题，是可在高速旋转环境下给金属材料施加原位加热的装置以及智能控温度、及其金属材料力学性能的高通量测试方法。

本发明所述的高转速环境下金属材料原位加热是指在金属材料或部件力学性能测试过程中，高速旋转的测试材料或部件始终处于原位加热状态，直至测试结束。

本发明所述的高温是指实验时施加给试样指定区域的加热温度不低于500℃，且原位加热持续的时间不低于测试时间。

本发明所述的高转速是指实验时离心机的最高转速不低于5000转/min。

本发明所述的高通量是指单次实验测试材料(1)在温度相同的条件下，应力状态不低于10种；(2)在应力梯度保持不变的情况下，温度不少于5种。

本发明采用的技术方案：

第一步：根据实验条件确定离心机的主轴转速和轮盘半径；

第二步：确定测试试样中质量块的尺寸和重量、标距段的尺寸和几何中心；

第三步：确定试验温度和标距段几何中心施加的离心应力，进而确定标距段的几何中心的离心应力对应的转速；

第四步：将测试试样安装在样品卡盘的卡槽中，并确定标距段几何中心到离心机的主轴中心之间的距离；

第五步：在测试试样的标距段几何中心位置固定上控温热电偶；

在测试试样的标距段几何中心位置固定应变片，将应变片经应变片延长导线接入数据采集模块；

第六步：启动感应加热系统、循环水冷却系统和控温系统，通过控温系统控制感应加热系统、循环水冷却系统工作对测试试样施加温度载荷；

第七步：当温度到达设定温度后，启动离心机，使离心机的主轴旋转且转速达到设定转速条件；

第八步：保持温度和转速不变，直到测试试样被拉断断裂；