【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于航空航天用超高温材料蠕变拉伸机械性能试验，具体涉及一种超高温蠕变夹具。
技术介绍
1、超高温材料是指在应力、氧化等严苛的工作环境，以及2000℃超高温状态下仍能照常使用的最耐热的高级材料。常用的超高温材料有陶瓷基复合材料、难熔金属、c／c复合材料三大类，c／c复合材料具有重量轻、比强度高、比刚度高、模量高、热膨胀系数低、高温下强度高、良好的烧蚀性能和较大温度范围的抗蠕变能力，以及良好的抗热震性能等优点。
2、超高温材料的难熔金属主要为钨、钼、钽、铌、锆等合金。钨钼合金具有熔点高，抗热震性能好，抗腐蚀性能强等优点，成为重要的高温结构材料和功能材料。钨钼合金高温下具有良好的导热、导电性能、高温强度和抗蠕变性等优异的性能，被大量应用于重要的高温环境，因此需要对钨钼合金进行超高温度的抗蠕变性做试验。然而，钨钼合金加工难度高，常规的超高温材料蠕变棒状试验件的两端夹持部采用的是螺纹，用螺纹连接夹具。然而，钨钼合金棒状试验件的两端做螺纹加工难度较大。钨钼合金在航空航天领域中用于制造高温部件，如火箭发动机的喷嘴和航空发动机的高温部件。
3、c／c复合材料具有如下特定，质量轻，其密度为1.65-2.0g/cm3，仅为钢的四分之一；力学特性随温度升高而增大(2200℃以前)，是唯一能在2200℃以上保持高温强度的工程材料；线膨胀系数小，高温尺寸稳定性好；优异的耐烧蚀性能；损伤容限高，良好的抗热震性能；摩擦特性好，摩擦系数稳定，并可在0.2-0.45范围内调整；承载水平高，过载能力强，高温下不会熔化，也不会发生粘
4、经过对现有公布的国内外超高温蠕变试验的研读，现有公布技术为真空或充保护气与超高温陶瓷基复合材料组合，实现超2000℃的超高温蠕变技术策略。正压比较真空或充保护气具有更高的经济性，因为超高温密封技术现在技术成熟度不高，实现成本高。而c／c复合材料比较超高温陶瓷基复合材料，无论是经济性还是材料超高温性能都有很高的优势。因此，设计一种既能将非氧化氛围引入超高温试样、又能保证高安全性能，且蠕变效果好的夹具系统具有重要意义。
技术实现思路
1、针对上述问题，本专利技术的目的在于提供一种超高温蠕变夹具，以解决常规的超高温材料蠕变试验成本高，应用受限，超高温材料蠕变棒状试验件加工困难及超高温陶瓷基复合材料的应力集中碎裂问题。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、本专利技术提供一种超高温蠕变夹具，包括蠕变拉伸机、升降炉、上夹具、下夹具及升降驱动机构，其中升降驱动机构和升降炉设置于变拉伸机上，升降驱动机构与升降炉连接，升降驱动机构用于驱动升降炉上下移动，上夹具和下夹具分别与升降炉的上下侧滑动配合，且上夹具和下夹具均与蠕变拉伸机连接，上夹具和下夹具用于夹紧升降炉内的超高温蠕变试样，升降炉内部在非氧化气体正压环境下建立超高温蠕变温度场，蠕变拉伸机对超高温蠕变试样进行超高温蠕变拉伸试验。
4、在一种可能实现的方式中，所述蠕变拉伸机包括底座、立柱、上梁、上拉伸杆及下拉伸杆，其中上梁水平设置于底座的上方，且上梁与底座之间通过两个立柱连接；上拉伸杆和下拉伸杆分别与上梁和底座连接，且轴线共线；上拉伸杆和下拉伸杆的末端分别与所述上夹具和所述下夹具连接；所述升降炉能够上下滑动地安装在两个立柱上。
5、在一种可能实现的方式中，所述升降炉包括水冷外壳、超高温陶瓷基复合材料支撑件、加热感应线圈及加热套，其中水冷外壳的两侧设有用于两个所述立柱穿过的导向孔，加热套的上下端通过超高温陶瓷基复合材料支撑件安装于水冷外壳内部，水冷外壳的顶部和底部分别设有与加热套同轴的上排气口和下排气口，加热感应线圈套设于加热套的外侧；所述上夹具与上排气口间隙配合，所述下夹具与下排气口间隙配合。
6、在一种可能实现的方式中，所述水冷外壳的外侧设有传感器，所述水冷外壳和所述加热套上分别设有同轴的细孔和检测孔，传感器发射的传感器检测光依次经过细孔和检测孔直至所述加热套内的超高温蠕变试样的外表面，进行温度检测。
7、在一种可能实现的方式中，所述上夹具和所述下夹具结构相同，均包括阶梯轴、自锁回转分体件及自锁套，其中阶梯轴的粗柱的端部与所述上拉伸杆或所述下拉伸杆连接，阶梯轴的细柱的端部与所述超高温蠕变试样的外端部抵接，自锁回转分体件扣合于所述超高温蠕变试样和细柱的连接处，自锁套套设于自锁回转分体件的外侧，锁紧自锁回转分体件。
8、在一种可能实现的方式中，所述超高温蠕变试样包括试验部及设置于试验部两端的夹持部，其中夹持部的外圆周上设有试样凹曲面；
9、所述细柱的端部外圆周上设有细柱凹曲面；
10、所述自锁回转分体件的内表面包括上内凸曲面和下内凸曲面，上内凸曲面和下内凸曲面分别与试样凹曲面和细柱凹曲面配合。
11、在一种可能实现的方式中，所述自锁回转分体件的外表面为外锥体面，所述自锁套的内表面为锥面，锥面与所述自锁回转分体件的外锥体面配合，实现摩擦自锁。
12、在一种可能实现的方式中，所述粗柱内设有内部冷却水道，所述粗柱的末端两侧设有紧固平面，两侧的紧固平面上分别设有与内部冷却水道连通的冷却水进水口和冷却水出水口。
13、在一种可能实现的方式中，所述粗柱的末端端部嵌设有金属螺纹件，金属螺纹件与所述上拉伸杆或所述下拉伸杆螺纹连接。
14、在一种可能实现的方式中，所述升降驱动机构包括两组电动滑轮组，两组电动滑轮组设置于所述上梁上且分别位于所述上拉伸杆的两侧，两组电动滑轮组分别与所述升降炉的两侧连接。
15、本专利技术的优点及有益效果是：本专利技术提供的一种超高温蠕变夹具，在非氧化氛围下进行超高温材料蠕变试验，应用广泛，安全可靠，蠕变试验效果好，降低成本。
16、本专利技术采用摩擦自锁的方式实现超高温蠕变试样的夹紧，由于夹具与试样
17、之间为曲面与曲面的面接触，避免了超高温陶瓷基复合材料的应力集中碎裂问题。超高温蠕变试样的两端夹持部没有螺纹，有效解决钨钼合金加工难度大的问题。
18、本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
19、下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。
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1.一种超高温蠕变夹具，其特征在于，包括蠕变拉伸机（2）、升降炉（3）、上夹具（4）、下夹具（5）及升降驱动机构，其中升降驱动机构和升降炉（3）设置于变拉伸机（2）上，升降驱动机构与升降炉（3）连接，升降驱动机构用于驱动升降炉（3）上下移动，上夹具（4）和下夹具（5）分别与升降炉（3）的上下侧滑动配合，且上夹具（4）和下夹具（5）均与蠕变拉伸机（2）连接，上夹具（4）和下夹具（5）用于夹紧升降炉（3）内的超高温蠕变试样（1），升降炉（3）内部在非氧化气体正压环境下建立超高温蠕变温度场，蠕变拉伸机（2）对超高温蠕变试样（1）进行超高温蠕变拉伸试验。
2.根据权利要求1所述的超高温蠕变夹具，其特征在于，所述蠕变拉伸机（2）包括底座（201）、立柱（202）、上梁（203）、上拉伸杆（204）及下拉伸杆（205），其中上梁（203）水平设置于底座（201）的上方，且上梁（203）与底座（201）之间通过两个立柱（202）连接；上拉伸杆（204）和下拉伸杆（205）分别与上梁（203）和底座（201）连接，且轴线共线；上拉伸杆（204）和下拉伸杆（205）的末端分别与所述上夹
3.根据权利要求2所述的超高温蠕变夹具，其特征在于，所述升降炉（3）包括水冷外壳（301）、超高温陶瓷基复合材料支撑件（302）、加热感应线圈（303）及加热套（304），其中水冷外壳（301）的两侧设有用于两个所述立柱（202）穿过的导向孔，加热套（304）的上下端通过超高温陶瓷基复合材料支撑件（302）安装于水冷外壳（301）内部，水冷外壳（301）的顶部和底部分别设有与加热套（304）同轴的上排气口（308）和下排气口（309），加热感应线圈（303）套设于加热套（304）的外侧；所述上夹具（4）与上排气口（308）间隙配合，所述下夹具（5）与下排气口（309）间隙配合。
4.根据权利要求3所述的超高温蠕变夹具，其特征在于，所述水冷外壳（301）的外侧设有传感器（305），所述水冷外壳（301）和所述加热套（304）上分别设有同轴的细孔（310）和检测孔（312），传感器（305）发射的传感器检测光（306）依次经过细孔（310）和检测孔（312）直至所述加热套（304）内的超高温蠕变试样（1）的外表面，进行温度检测。
5.根据权利要求2所述的超高温蠕变夹具，其特征在于，所述上夹具（4）和所述下夹具（5）结构相同，均包括阶梯轴、自锁回转分体件（6）及自锁套（7），其中阶梯轴的粗柱（401）的端部与所述上拉伸杆（204）或所述下拉伸杆（205）连接，阶梯轴的细柱（407）的端部与所述超高温蠕变试样（1）的外端部（103）抵接，自锁回转分体件（6）扣合于所述超高温蠕变试样（1）和细柱（407）的连接处，自锁套（7）套设于自锁回转分体件（6）的外侧，锁紧自锁回转分体件（6）。
6.根据权利要求5所述的超高温蠕变夹具，其特征在于，所述超高温蠕变试样（1）包括试验部（101）及设置于试验部（101）两端的夹持部（102），其中夹持部（102）的外圆周上设有试样凹曲面（104）；
7.根据权利要求5所述的超高温蠕变夹具，其特征在于，所述自锁回转分体件（6）的外表面为外锥体面（601），所述自锁套（7）的内表面为锥面（701），锥面（701）与所述自锁回转分体件（6）的外锥体面（601）配合，实现摩擦自锁。
8.根据权利要求5所述的超高温蠕变夹具，其特征在于，所述粗柱（401）内设有内部冷却水道（405），所述粗柱（401）的末端两侧设有紧固平面（403），两侧的紧固平面（403）上分别设有与内部冷却水道（405）连通的冷却水进水口（404）和冷却水出水口（406）。
9.根据权利要求5所述的超高温蠕变夹具，其特征在于，所述粗柱（401）的末端端部嵌设有金属螺纹件（402），金属螺纹件（402）与所述上拉伸杆（204）或所述下拉伸杆（205）螺纹连接。
10.根据权利要求2所述的超高温蠕变夹具，其特征在于，所述升降驱动机构包括两组电动滑轮组（8），两组电动滑轮组（8）设置于所述上梁（203）上且分别位于所述上拉伸杆（204）的两侧，两组电动滑轮组（8）分别与所述升降炉（3）的两侧连接。
...【技术特征摘要】
1.一种超高温蠕变夹具，其特征在于，包括蠕变拉伸机（2）、升降炉（3）、上夹具（4）、下夹具（5）及升降驱动机构，其中升降驱动机构和升降炉（3）设置于变拉伸机（2）上，升降驱动机构与升降炉（3）连接，升降驱动机构用于驱动升降炉（3）上下移动，上夹具（4）和下夹具（5）分别与升降炉（3）的上下侧滑动配合，且上夹具（4）和下夹具（5）均与蠕变拉伸机（2）连接，上夹具（4）和下夹具（5）用于夹紧升降炉（3）内的超高温蠕变试样（1），升降炉（3）内部在非氧化气体正压环境下建立超高温蠕变温度场，蠕变拉伸机（2）对超高温蠕变试样（1）进行超高温蠕变拉伸试验。
2.根据权利要求1所述的超高温蠕变夹具，其特征在于，所述蠕变拉伸机（2）包括底座（201）、立柱（202）、上梁（203）、上拉伸杆（204）及下拉伸杆（205），其中上梁（203）水平设置于底座（201）的上方，且上梁（203）与底座（201）之间通过两个立柱（202）连接；上拉伸杆（204）和下拉伸杆（205）分别与上梁（203）和底座（201）连接，且轴线共线；上拉伸杆（204）和下拉伸杆（205）的末端分别与所述上夹具（4）和所述下夹具（5）连接；所述升降炉（3）能够上下滑动地安装在两个立柱（202）上。
3.根据权利要求2所述的超高温蠕变夹具，其特征在于，所述升降炉（3）包括水冷外壳（301）、超高温陶瓷基复合材料支撑件（302）、加热感应线圈（303）及加热套（304），其中水冷外壳（301）的两侧设有用于两个所述立柱（202）穿过的导向孔，加热套（304）的上下端通过超高温陶瓷基复合材料支撑件（302）安装于水冷外壳（301）内部，水冷外壳（301）的顶部和底部分别设有与加热套（304）同轴的上排气口（308）和下排气口（309），加热感应线圈（303）套设于加热套（304）的外侧；所述上夹具（4）与上排气口（308）间隙配合，所述下夹具（5）与下排气口（309）间隙配合。
4.根据权利要求3所述的超高温蠕变夹具，其特征在于，所述水冷外壳（301）的外侧设有传感器（305），所述水冷外壳（301）和所述加热套（304）上分别设有...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱强，张鹏，张林福，刘康，邵国鋩，张自昂，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学威海，
类型：发明
国别省市：
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