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专利名称：一种热疲劳试验机的制作方法
技术领域：
本发明涉及材料试验技术，尤其是材料疲劳试验技术。
背景技术：
热疲劳是指温度变化引起的材料自由膨胀或收缩受到约束，其结果是在材料内部因变形受限制产生热应力，当温度反复变化时，这种热应力也反复变化，因而使材料受到损伤。高温合金主要用于制造航空涡轮发动机热端部件和航天火箭发动机各种高温部件，是现代航空、航天发动机必不可少的关键部件。在航空、航天发动机中，高温合金在600～1200℃高温和复杂应力作用下长期工作，条件比较恶劣。尤其当燃烧室内燃烧不均匀，工作不良时，作为导向叶片的合金受热负荷更大，在这种情况下，易产生疲劳裂纹。因此热疲劳为涡轮发动机导向叶片提前破坏的主要原因。燃气发动机的叶片和轮盘(23)也常发生热疲劳裂纹，并且也大大限制了它们的使用寿命。叶片的裂纹多产生在进排气边，呈多条细小的裂纹。轮盘(23)由于轮毂和轮缘沿径向产生很大的温差，因此在轮缘外引起周向热应力，导致轮盘(23)槽底裂纹。从以上各零件产生热疲劳裂纹的过程可知，热疲劳是高温合金零部件在高温时常见的一种破坏形式，特别是那些受冲击较大的零部件，如导向叶片等。许多高温工作的零件，往往不是受力过大而损坏，而是由于不断受冷受热而损坏。如火焰筒、汽缸、发动机的进排气管道，以及锻模、轧辊等，在交变温度的作用下也经常会产生热疲劳裂纹，以及发生破坏。因此，对温度起伏变化条件下工作的零件，必须考虑材料的热疲劳性能指标。虽然热疲劳现象受到普遍关注，国内外对热疲劳试验方法作了不少研究，已制定了一些试验规范，但到目前为止还没有国际上公认的标准试验方法。在我国，也没有热疲劳试验的国家标准。因此，对热疲劳的研究也有很多方法，但都没得到一致认可。现在比较常用的方法是定性比较法。以主裂纹发展到某一长度的循环次数或某规定循环次数下产生的裂纹长度作为材料热疲劳抗力的标准。在国外，比较常用的设备是流态化床装置。但在国内，对热疲劳研究得比较少。试验方法和设备也不一样，有的在炉中加热后取出直接放在水中冷却，这种方法人为因素较多，难以保证试验的准确性。有的采用热疲劳试验机，用触点开关控制来完成电机的停止，一般情况下，电机在触点触发后由于惯性还需要运转一点时间，而使试样在加热系统和冷却系统中的位置出现偏差，当这些偏差累积时会出现很大的偏差，且触点在接触次数多了以后，其灵敏度也会降低，滞后现象比较严重，从而使定位偏差增大。这就对试验结果有较大的影响。

发明内容
本发明的目的在于提供一种完全自动化的、运行灵活、定位准确可靠的热疲劳试验机。
本发明提供一种热疲劳试验机，主要由支架(1)、升降系统(2)、控制系统(3)、加热系统(4)和冷却系统(5)组成，冷却系统(5)、加热系统(4)、控制系统(3)和升降系统(2)自下而上地依次置于支架(1)上；支架(1)是由角铁焊接而成，冷却系统(5)由水槽和插入水中的温度计组成，加热系统(4)由电阻炉、滑门(41)和插入炉中的热电偶组成，升降系统(2)是由电机(21)、减速箱(22)和轮盘(23)组成，电机(21)通过减速箱(22)与轮盘(23)实现传动连接；其特征在于控制系统(3)主要由电机(21)上升时间控制线路、保温时间控制线路、电机(21)下降时间控制线路、冷却时间控制线路、滑门控制线路和循环计数线路组成电机(21)上升时间控制线路中的时间继电器KT1的接点在保温时间控制线路和电磁铁时间控制继电器KT5的供电线路中，电机(21)上升时间控制线路中的电磁继电器KE1的接点在电机(21)的电源电路中，使电机(21)正向旋转；保温时间控制线路的时间继电器KT2的接点在电机(21)下降时间控制线路和电磁铁时间控制继电器KT6的供电线路中；电机(21)下降时间控制线路中的时间继电器KT3的接点在冷却时间控制线路中，电机(21)下降时间控制线路中的电磁继电器KE2的接点在电机(21)的电源电路中，使电机(21)反向旋转；冷却时间控制线路的时间继电器KT4的接点在电机(21)上升时间控制线路中和循环计数线路中；滑门控制线路中的电磁铁时间控制继电器KT5和KT6的接点分别在电磁铁EM1和EM2的电源电路中；循环计数线路的计数器XK1的接点在控制系统(3)的主回路中。
用时间继电器来控制电机(21)的上升和下降，时间继电器最小时间单位为毫秒，这又增加了控位的准确性。
用热电偶控制炉温，以增加试验结果的准确性和可靠性。
水槽的水温一般控制在20±10℃；试样在水槽中来回运动，可以增加水槽中水的热交换。
本发明提供的疲劳试验机的控制系统电源线路L1和L2中设有电源开关K1和/或K3、熔断器F1和/或F2，控制电路中设有手动开关K2，电机电路中设有手动开关K4和K5。
本发明提供的疲劳试验机中，电机(21)备有制动器(25)或平衡装置。制动器(25)和平衡装置使电机(21)断电时不发生自行转动，以免试样在加热过程中移出加热系统(4)进入冷却系统(5)或反之，破坏试验规范。
本发明提供的疲劳试验机可以用于高温试样进行瞬时淬火，以观察试样在高温下的组织或确定一些相的溶解温度。可以通过瞬时淬火，使试样在高温下的组织形态保留下来，然后在室温下观察试样在高温下的组织形态。高温淬火的另一个较大的用途是对固溶热处理来说是非常重要的精确测定高温合金中γ′相的溶解温度。因为固溶温度的高低直接关系到γ′相是否完全固溶，从而间接影响到合金的力学性能。这比从合金的DTA曲线上获得的γ′相的溶解温度准确得多。
本发明提供的疲劳试验机的冷却系统(5)不用水槽，而用空气冷却，则可以用于循环氧化试验，以检验材料的抗氧化性能。
本发明提供的热疲劳试验机的优点在于完全自动化、运行灵活、定位准确可靠，以得到规范化的试验结果。


图1是热疲劳试验机的结构示意图；图2是升降系统的简图；图3是控制系统电路图。
具体实施例方式实施例1热疲劳试验机的结构示意图如图1所示，主要由支架(1)、升降系统(2)、控制系统(3)、加热系统(4)和冷却系统(5)组成，冷却系统(5)、加热系统(4)、控制系统(3)和升降系统(2)自下而上地依次置于支架(1)上；支架(1)是由角铁焊接而成，冷却系统(5)由水槽和插入水中的温度计组成，加热系统(4)由电阻炉、滑门(41)和插入炉中的热电偶组成，升降系统(2)(见图2)是由带制动器(25)的电机(21)、减速箱(22)和轮盘(23)组成，电机(21)通过减速箱(22)与轮盘(23)实现传动连接，；控制系统(3)(见图3)主要由电机(21)上升时间控制线路、保温时间控制线路、电机(21)下降时间控制线路、冷却时间控制线路、滑门控制线路和循环计数线路组成电机(21)上升时间控制线路中的时间继电器KT1的接点在保温时间控制线路和电磁铁时间控制继电器KT5的供电线路中，电机(21)上升时间控制线路中的电磁继电器KE1的接点在电机(21)的电源电路中，使电机(21)正向旋转；保温时间控制线路的时间继电器KT2的接点在电机(21)下降时间控制线路和电磁铁时间控制继电器KT6的供电线路中；电机(21)下降时间控制线路中的时间继电器KT3的接点在冷却时间控制线路中，电机(21)下降时间控制线路中的电磁继电器KE2的接点在电机(21)的电源电路中，使电机(21)反向旋转；冷却时间控制线路的时间继电器KT4的接点在电机(21)上升时间控制线路中和循环计数线路中；滑门控制线路中的电磁铁时间控制继电器KT5和KT6的接点分别在电磁铁EM1和EM2的电源电路中；循环计数线路的计数器XK1的接点在控制系统(3)的主回路中。
用时间继电器来控制电机(21)的上升和下降，时间继电器最小时间单位为毫秒，以增加了控位的准确性。
用热电偶控制炉温，以增加试验结果的准确性和可靠性。
水槽的水温一般控制在20±10℃；试样在水槽中来回运动，可以增加水槽中水的热交换。
热疲劳试验机的操作如下闭合电源开关K1；正向传动时间继电器KT1和电磁继电器KE1接通，电磁继电器KE1的接点使传动系统启动，将试样送入加热系统，正向传动时间继电器KT1达到规定时间后，其接点断开电磁继电器KE1，并接通加热时间继电器KT2和电磁铁时间控制继电器KT5。电磁铁时间控制继电器KT5使电磁铁EM1通电，关闭加热系统的滑动门。
加热系统在加热时间继电器KT2的控制下对试样加热，在达到规定加热时间后，加热时间继电器KT2的接点，接通反向传动时间继电器KT3和电磁铁时间控制继电器KT6，电磁铁时间控制继电器KT6使电磁铁EM2通电，打开加热系统的滑动门，而时间继电器KT3接通电磁继电器KE2；电磁继电器KE2的接点使传动系统启动，将试样送入冷却系统，反向传动时间继电器KT3达到规定时间后，其接点接通冷却时间继电器KT4，并断开电磁继电器KE2；冷却时间继电器KT4控制冷却时间，在达到规定冷却时间后，冷却时间继电器KT4使循环计数器XK1计数一次，并触发正向传动时间继电器KT1执行下一循环；滑门控制线路中的电磁铁时间控制继电器KT5和KT6的接点分别在电磁铁EM1和EM2的电源电路中；当循环计数器XK1达到所规定的次数后，循环计数器XK1的接点断开控制系统主回路，整个试验结束。
应急时可用手动开关K2断开控制系统和电机M。
电磁铁EM1和EM2的电源电路中有电源开关K3和熔断器F2。
手动开关K4和K5用于试验开始前调节试样的位置。
应急时可用手动开关K2断开控制系统(3)和电机(21)M。
权利要求
1.一种热疲劳试验机，主要由支架(1)、升降系统(2)、控制系统(3)、加热系统(4)和冷却系统(5)组成，冷却系统(5)、加热系统(4)、控制系统(3)和升降系统(2)自下而上地依次置于支架(1)上，支架(1)是由角铁焊接而成，冷却系统(5)由水槽和插入水中的温度计组成，加热系统(4)由电阻炉、滑门(41)和插入炉中的热电偶组成，升降系统(2)是由电机(21)、减速箱(22)和轮盘(23)组成，电机(21)通过减速箱(22)与轮盘(23)实现传动连接，其特征在于控制系统(3)主要由电机(21)上升时间控制线路、保温时间控制线路、电机(21)下降时间控制线路、冷却时间控制线路、滑门控制线路和循环计数线路组成电机(21)上升时间控制线路中的时间继电器KT1的接点在保温时间控制线路和电磁铁时间控制继电器KT5的供电线路中，电机(21)上升时间控制线路中的电磁继电器KE1的接点在电机(21)的电源电路中，使电机(21)正向旋转；保温时间控制线路的时间继电器KT2的接点在电机(21)下降时间控制线路和电磁铁时间控制继电器KT6的供电线路中；电机(21)下降时间控制线路中的时间继电器KT3的接点在冷却时间控制线路中，电机(21)下降时间控制线路中的电磁继电器KE2的接点在电机(21)的电源电路中，使电机(21)反向旋转；冷却时间控制线路的时间继电器KT4的接点在电机(21)上升时间控制线路中和循环计数线路中；滑门控制线路中的电磁铁时间控制继电器KT5和KT6的接点分别在电磁铁EM1和EM2的电源电路中。循环计数线路的计数器XK1的接点在控制系统(3)的主回路中。
2.按照权利要求1所述的热疲劳试验机，其特征在于在控制系统的电源线路L1和L2中设有电源开关K1和/或K3、熔断器F1和/或F2，控制电路中设有手动开关K2，电机电路中设有手动开关K4和K5。
3.按照权利要求1所述的疲劳试验方法，其特征在于所述的电机(21)备有制动器(25)或平衡装置。
全文摘要
本发明提供热疲劳试验机，其冷却系统、加热系统、控制系统和升降系统置于支架上；冷却系统由水槽和插入水中的温度计组成，加热系统由电阻炉、滑门和插入炉中的热电偶组成，升降系统的电机通过减速箱与轮盘带动试片；控制系统由电机上升、保温时间、电机下降、冷却时间、滑门控制和循环计数等线路组成电机上升时间继电器的接点在保温时间线路和关闭滑门的电磁铁继电器供电线路中；保温时间继电器的接点在电机下降线路和打开滑门电磁铁继电器的供电线路中；电机下降时间继电器的接点在冷却时间控制线路中；冷却时间继电器的接点在电机上升线路中和计数线路中；计数器的接点在控制系统的主回路中。其优点为完全自动化、运行灵活、定位准确。
文档编号G01N25/00GK1796970SQ20041010045
公开日2006年7月5日 申请日期2004年12月23日 优先权日2004年12月23日
发明者夏鹏成, 于金江, 孙晓峰, 侯贵臣, 刘源, 管恒荣, 胡壮麒 申请人:中国科学院金属研究所