Высокотемпературная установка для испытаний механических свойств токопроводящих материалов

Изобретение относится к области исследования прочностных свойств материалов при высоких температурах в условиях индукционного нагрева в вакууме. Высокотемпературная установка содержит ВЧ индуктор, охватывающий испытуемый образец и жесткие верхний и нижний захваты, удерживающие его, а также контролирующую и регистрирующую аппаратуру. Установка снабжена вакуумной водоохлаждаемой камерой, по центру которой расположен вышеупомянутый ВЧ индуктор, окруженный разъемным тепловым экраном и здесь же, по центру, находятся два захвата, удерживающие образец, рабочая часть которого соответствует высоте ВЧ индуктора. Технический результат: повышение рабочей температуры на испытуемом образце до 4000°С в вакуумной камере. 1 ил.

 

Изобретение относится к области прочностных свойств материалов при высоких температурах, в частности к конструкциям вакуумных индукционных испытательных установок с рабочими температурами до 1200°С.

Известна представленная фирмой Walter+bai ag (w+b) высокотемпературная установка для испытания механических свойств материалов при высоких температурах на воздухе в условиях индукционного нагрева испытуемого образца.

Дан общий вид установки и показан процесс проведения испытания образца.

Каркас установки состоит из жесткой сварной рамы, где по вертикально расположенным винтам перемещается подвижная траверса. На ней установлен захват (нижний), где закрепляется образец. Второй захват (верхний) установлен соосно с нижним на верхней балке рамы и непосредственно связан с датчиком силы.

Пневмозахваты цанговые надежно удерживают образец, размещенный в центре ВЧ индуктора, который закреплен на отдельной стойке рядом.

Два индентора экстензометра подходят к расчетной части образца и определяют деформацию его во время испытания.

При подаче напряжения на ВЧ индуктор образец разогревается до рабочей температуры, экстензометр замеряет деформацию (термодеформацию), а при движении нижней траверсы вниз происходит разрушение образца с записью полной его деформации.

Недостатками данной конструкции являются невысокая рабочая температура, испытания на воздухе, неравномерное распределение температуры по образцу из-за разницы шага витков в ВЧ индукторе, отсутствие защитных экранов.

Задача изобретения - повышение рабочей температуры на испытуемом образце до 4000°С в вакуумной камере.

Решение этой задачи достигается тем, что в вакуумную водоохлаждаемую камеру установлен источник индукционного нагрева - ВЧ индуктор.

Камера выполнена в виде цилиндра с двумя боковыми крышками, которые плотно, через резиновые уплотнения, прилегают к корпусу камеры и прижимаются к ней замками.

ВЧ индуктор установлен по центру камеры. Соосно с ним расположены верхняя и нижняя тяги. Верхняя тяга соединена с датчиком силы, нижняя (подвижная) тяга обеспечивает перемещение образца. На концах тяг установлены захваты, удерживающие образец.

На чертеже представлена вакуумная камера с источником нагрева - ВЧ индуктором.

Камера полностью выполнена из нержавеющей стали, по торцам ее корпуса 1 проточены кольцевые канавки для вакуумных уплотнений 2.

Неподвижная крышка 3 плотно прижата к корпусу камеры замком (не показано), но аналогично позиции 20.

На дне камеры, по центру, расположен держатель теплового экрана 4. несъемная часть теплового экрана 5 должна устанавливаться в паз плотно, т.к. через две прорези в нем проходит ВЧ индуктор.

Нижняя тяга захвата 6 с минимальным зазором проходит через держатель теплового экрана. Это необходимо для того, чтобы избежать падение разрушенного образца 19 на ВЧ индуктор.

ВЧ индуктор введен в вакуумную камеру через стальной стакан 7, герметично установленный в неподвижной крышке 3 с помощью уплотнения 8, обжатого гайкой 13. Внутри стакана размещены два текстолитовых изолятора 9, между которыми находится вакуумное уплотнение 10. Это уплотнение через втулку 11 поджимается гайкой 12 и плотно обжимает трубки ВЧ индуктора.

В верхней части камеры расположен корпус силоизмерителя 15, а ниже, в самой камере, на верхнем захвате 18 расположен экран 16, который может лежать на самом захвате. Его ставят для защиты внутренней поверхности 14 камеры от напыления со стороны образца.

Смотровое окно 17 имеет шторку (не показана) для того, чтобы не перегрелось стекло и уплотнение. Шторка открывается лишь в момент контроля температуры образца пирометром.

Испытуемый образец 19 устанавливается в захваты.

При использовании ВЧ индуктора необходимо исключить замыкание его витков. Причиной замыкания в нашем случае может послужить часть разрушенного при разрыве образца, выпавшего из захвата.

Учитывая это, необходимо выполнить верхний захват закрытым. Это известная форма захвата, когда два полусухаря с гнездами под образец и тягу после их установки на тяге фиксируются цилиндром, образуя неразъемное соединение при нагружении образца.

Нижний захват можно выбрать любым, так как разорванный образец и захват лежат ниже ВЧ индуктора.

Подвижная крышка 21 уплотняется и поджимается замком 20.

В нижней части камеры условно показан механизм перемещения нижней тяги 22. Конструкция вакуумных испытательных установок является известной; она не составляет предмета патентной охраны и поэтому в настоящей заявке не раскрыта.

Вакуумная камера с индукционным нагревом работает следующим образом.

В камеру напускают воздух (в выключенном состоянии система находится под вакуумом, кроме форвакуумного насоса) и открывают подвижную крышку 21. Концевые выключатели на крышке отключают высокочастотный генератор.

Снимают ближайшую половину теплового экрана 5, после чего вынимают из захватов 6 и 18 испытанный образец 19.

Протирают внутренние поверхности камеры 1 спиртом и в захваты 6 и 18 устанавливают новый образец 19, после чего в держатель экрана 4 помещают снятую вторую половину теплового экрана 5.

Закрывают подвижную крышку 21 и прижимают ее замком 20.

После этого подключают форвакуумный и диффузионный насосы и обеспечивают необходимый вакуум в рабочей камере. При достижении необходимого вакуума включают высокочастотный генератор и проводят нагрев образца. Контроль температуры осуществляют пирометром. При достижении заданной температуры проводят выдержку образца и его испытание.

При применении индукционного способа нагрева зона максимального нагрева ограничивается высотой ВЧ индуктора, одновременно существенно упрощается задача с тепловыми экранами. Для самого корпуса камеры не требуется многослойная защита из тугоплавкого материала. Процесс нагрева испытуемого образца может идти со скоростью до 100°С в секунду.

Рабочая часть образца должна полностью находиться в зоне нагрева ВЧ индуктора, что необходимо для получения заданной и стабильной температуры на его расчетной длине.

Высокотемпературная установка для испытания механических свойств токопроводящих материалов, содержащая ВЧ индуктор, охватывающий испытуемый образец и жесткие верхний и нижний захваты, удерживающие его, а также контролирующую и регистрирующую аппаратуру, отличающаяся тем, что установка снабжена вакуумной водоохлаждаемой камерой, по центру которой расположен вышеупомянутый ВЧ индуктор, окруженный разъемным тепловым экраном и здесь же, по центру, находятся два захвата, удерживающие образец, рабочая часть которого соответствует высоте ВЧ индуктора.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к неразрушающему контролю материалов, обладающих эффектом памяти формы, и может быть использовано для контроля термомеханических характеристик в условиях пассивного деформирования материалов с эффектом памяти формы для определения и контроля температурных точек фазовых превращений, коэффициента термического и упругого восстановления, а также для контроля получаемых сплавов с памятью формы на соответствие заданным термомеханическим характеристикам, необходимым для обеспечения работоспособности термомеханических соединений при сборке с помощью термомеханических муфт из сплава с эффектом памяти формы.

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано на тепловых электростанциях для мониторинга прочности ответственного оборудования в процессе его эксплуатации, например паропроводов и корпусных элементов оборудования высокого давления.

Изобретение относится к технике испытания материалов, в частности к испытаниям полимерных материалов на растяжение-сжатие. Устройство содержит термокриокамеру, размещенные в ней подвижный и неподвижный захваты для образца, механизм деформации образца, выполненный в виде магнитогидродинамического насоса и сообщенных с ним двух гидродвигателей в виде сильфонов, один из которых сообщен с узлом крепления подвижного захвата, измерительное средство для замера усилий и деформаций.

Изобретение относится к средствам испытаний образцов материалов при сложном нагружении и может быть использовано совместно со стендами для исследования энергообмена при деформировании и разрушении твердых тел.

Изобретение относится к средствам испытаний образцов материалов при сложном нагружении и может быть использовано совместно со стендами для физического моделирования геомеханических процессов на образцах горных пород и эквивалентных материалах.

Изобретение относится к механическим испытаниям объектов, а именно к устройствам для испытаний объектов на вибронагружение в различных средах при высоких температурах и давлениях.

Изобретение относится к механическим испытаниям, а конкретно к испытаниям токсичных материалов на растяжение в условиях малоциклового нагружения в вакууме при повышенных температурах.

Изобретение относится к неразрушающему контролю материалов с памятью формы, а именно сплавов на основе никелида титана, и может быть использовано во всех областях народного хозяйства для определения и контроля радиальных напряжений термомеханического возврата, необходимых для обеспечения работоспособности соединений при сборке конструкций с помощью муфт из материала с эффектом памяти формы.

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к высокотемпературным испытаниям на прочность, и может быть использовано при исследовании свойств наплавленного металла, обладающего высокой твердостью, на установках тепловой микроскопии.

Изобретение относится к испытательному оборудованию, а конкретно к оборудованию для испытаний на статические силовые воздействия при повышенных температурах. Установка содержит силовую раму, тепловую камеру с нагревателем и крышкой, приспособление для установки в камере объекта испытаний (ОИ), механизм растягивающего нагружения, протоки охлаждения, регистрирующую аппаратуру, связанную с ПЭВМ.

Изобретение относится к области испытаний материалов, а конкретно к испытаниям металлических цилиндрических образцов методом деформирования (растяжения-сжатия или сжатия-растяжения), и может быть использовано для физического моделирования в лабораторных условиях процессов многократной пластической деформации металлов, происходящих в условиях промышленного производства и эксплуатации. Сущность: осуществляют термомеханическое циклическое нагружение цилиндрического образца, один цикл нагружения которого включает полуциклы растяжения и сжатия и промежуточный разгрузочный этап. Полуциклы растяжения и сжатия или сжатия и растяжения осуществляют с одинаковой скоростью нагружения и с получением одинаковой степени деформации образца, а промежуточный разгрузочный этап выполняют в течение времени, недостаточного для развития в металле образца процессов разупрочнения. Образец выполнен сплошным цилиндрическим с рабочей частью, имеющей понижение диаметра через переходные зоны. Соотношение длины и диаметра рабочей части образца составляет 1,0÷1,4. Технический результат: обеспечение многократного циклического воздействия растяжением-сжатием или сжатием-растяжением с сохранением исходной формы и размеров образца, исключение потери устойчивости деформации и локального разрушения образца, повышение точности контроля результатов испытаний. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 1 табл., 3 ил.

Изобретение относится к испытательной технике, к установкам для испытания образцов материалов на прочность. Установка содержит основание, установленные на нем соосные захваты для образца, механический нагружатель, связанный с захватами, термический нагружатель, включающий вал, установленный параллельно захватам, привод вращения вала, шкив, установленный на валу, бесконечный элемент, охватывающий шкив без возможности скольжения, теплопроводное кольцо для закрепления на поверхности образца, охватываемое бесконечным элементом с возможностью фрикционного взаимодействия, и приспособление для регулируемого усилия натяжения бесконечного элемента. Установка снабжена дополнительным валом, установленным параллельно первому валу с противоположной стороны от оси захватов, приводом вращения дополнительного вала, дополнительным шкивом, установленным на дополнительном валу оппозитно первому шкиву, дополнительным бесконечным элементом, охватывающим дополнительный шкив без возможности скольжения, и дополнительным приспособлением для регулируемого усилия натяжения дополнительного бесконечного элемента. Дополнительный бесконечный элемент установлен с возможностью фрикционного взаимодействия с теплопроводным кольцом. Технический результат: возможность проводить испытания образцов при нагружении участков образца как при осевом и термическом нагружении, так и дополнительно при нагружении кручением и изгибом, что повышает объем информации при исследованиях свойств материалов. 1 ил.

Изобретение относится к области исследования прочностных свойств твердых материалов и может быть использовано на тепловых электростанциях для мониторинга прочности и оценки остаточного ресурса ответственного оборудования, например паропроводов и корпусных элементов оборудования высокого давления, в процессе его эксплуатации в условиях высоких температур и агрессивной рабочей среды. Сущность изобретения: после останова оборудования фиксируют время τэ с начала эксплуатации указанной детали до указанного останова, проверяют наличие микроповрежденностей в различных зонах наружной поверхности контролируемой детали, а также максимальный уровень микроповрежденности в наиболее поврежденной зоне. Искомое значение остаточного ресурса рассчитывают по математическому соотношению τор=Кор⋅τэ, где Кор - коэффициент остаточного ресурса, определяемый исходя из его экспериментальной зависимости от уровня микроповрежденности Ωкд контролируемой детали. Вырезают часть металла из наименее нагруженного участка контролируемой детали для изготовления серии образцов круглого сечения, каждый из образцов испытывают на ползучесть до разрушения с длительной нагрузкой при температуре выше рабочего значения в процессе эксплуатации КД. По результатам испытаний указанных образцов строят для данной серии графическую зависимость уровня микроповрежденности образца Ωоб от выработанной доли долговечности τвд=τi/τк, где τi - текущее время от начала испытаний, τк - время от начала испытаний до разрушения образца. Для нескольких точек (i) указанной графической зависимости рассчитывают значения коэффициента остаточной долговечности Код образца, исходя из математического соотношения τодi=Kодi⋅τi, где τодi=τк⋅(1-τвд). Строят новую графическую зависимость Код=f(Ωоб) с исключением параметра времени. Рассчитывают остаточный ресурс контролируемой детали, используют математическое соотношение τор=Код⋅τэ, в котором Код определяют из указанной графической зависимости Код=f(Ωоб). Серию составляют из по меньшей мере двух пар образцов, причем один из образцов каждой пары оставлен сплошным, а другой - с выполненным в центральной части кольцевым клиновидным надрезом, моделирующим известным способом заданное значение поверхностной микроповрежденности контролируемой детали так, чтобы уровню микроповрежденности Ωкд соответствовал уровень ω поврежденности сечения образца указанным кольцевым надрезом. Испытания образцов ведут при удельной нагрузке в пределах 0,9-1,1 от рабочего значения и температуре для каждой последующей пары выше предыдущей на 10-50°C, причем минимальная из указанных температур выбирается из условия, чтобы время до разрушения образца не превосходило 6200 ч. Образцу с кольцевым надрезом каждой выбранной для испытания пары задают свое значение ω. При построении указанной зависимости уровня микроповрежденности Ωоб=f(τвд) относительное время нагружения сплошного образца каждой из указанных пар до его разрыва на указанной графической зависимости фиксируют в качестве τк=1, а относительное время нагружения образца с кольцевым надрезом до его разрушения - в качестве τвд. Технический результат: устранение необходимости промежуточных остановов и замеров в процессе испытания образцов. 6 ил., 3 табл.
Изобретение относится к методам испытаний конструкционных материалов, преимущественно для прогнозирования ресурсоспособности сталей, работающих в зонах нейтронного облучения объектов атомной техники. Способ определения сдвига критической температуры хрупкости сталей включает изготовление образцов, определение их твердости в исходном состоянии и после облучения быстрыми нейтронами, определение сдвига температуры хрупко-вязкого перехода, причем изготавливают образцы стали с переменной концентрацией одного из компонентов по одному из габаритов образца, их макротвердость в точках с одинаковой концентрацией изменяемого компонента определяют методом Бринелля, а сдвиг температуры хрупко-вязкого перехода ΔТк для каждой точки определяют по формуле: ΔТк=А+В(ΔНВ)2, где ΔНВ=НВОБ-НВИ, НВОБ - твердость стали после облучения, МПа, НВИ - твердость стали в исходном состоянии, МПа, А=100°C, В=0,00012°C/(МПа)2. Изобретение позволяет снизить трудоемкость и время определения сдвига критической температуры хрупкости при разработке сталей для корпусов реакторов типа ВВЭР. 5 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к способам воспроизведения аэродинамического теплового и силового воздействия на головную часть (обтекатель) ракеты в наземных условиях. Сущность: осуществляют силовое воздействие к наружной поверхности обтекателя через многослойную структуру, состоящую из жесткой оболочки, упругой среды, гибкой и дискретной теплоизоляции и контактного нагревателя, а составляющие внешней силовой нагрузки прикладываются к наружной поверхности жесткой оболочки. Поперечная сила прикладывается в плоскости перпендикулярной плоскости приложения продольных сил, а теплоизоляция состоит из дискретных секторов эквидистантных наружной поверхности обтекателя. В плоскости приложения продольных сил на наружной поверхности обтекателя через нагреватель монтируют гибкую теплоизоляцию. Технический результат - повышение точности воспроизведения силовой нагрузки на обтекатель ракеты и увеличение технических возможностей оборудования для наземной отработки новых конструкций ракетной техники. 1 ил.

Изобретение относится к способам испытания металлов на растяжение с высокой температурой нагрева и может быть использовано при определении зависимости интенсивности напряжения от степени и скорости деформации, которые необходимо учитывать в технологических расчетах формоизменяющих операций изотермической штамповки листовых металлов. Сущность: перед испытанием производят измерение начальных размеров поперечных сечений образца, закрепление образца в захватах испытательной машины и нагревательном устройстве, установку термопар для измерения температуры на образце, нагрев образца до заданной температуры и времени выдержки. Затем испытание на растяжение осуществляют с записью диаграммы «нагрузка-перемещение». В процессе растяжения со скоростью перемещения захватного органа V1 на величину удлинения 5÷10% изменяют скорость перемещения захватного органа до скоростей перемещения V2 без остановки процесса растяжения, растягивают образец на величину удлинения 5÷10% и снова изменяют скорость перемещения захватного устройства до скорости V3 и т.д. с последующим повторением цикла переключения скоростей перемещения захватного устройства в процессе растяжения и получением пилообразной диаграммы «нагрузка-перемещение», на которой записывают не менее трех циклов переключения скоростей перемещения захватного устройства. Технический результат: повышение точности и снижение трудоемкости испытания путем определения зависимости интенсивности напряжения от степени и скорости деформации при растяжении с повышенной температурой образца из металла. 5 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области усталостных испытаний материалов на изгиб и предназначено для охлаждения образцов в процессе подготовки и проведения усталостных испытаний на изгиб. Предложено автоматизированное устройство для охлаждения образцов при усталостных испытаниях на изгиб при пониженных температурах, согласно которому процесс охлаждения осуществляется комбинированно, как за счет передачи холода по хладопроводу, так и за счет подачи охлажденного воздуха в криокамеру. При этом процессы, описанные выше, полностью автоматизированы за счет регулирования температуры посредством открытия/закрытия заслонки камеры и нагревания до необходимой (устойчивой) температуры зажима хладопровода. Кроме этого, дополнительно непосредственно на образце устанавливается датчик акустической эмиссии, а на приводное устройство - счетчик количества циклов с выходом на ЭВМ для оценки степени разрушения образца в ходе испытаний и выявления зависимостей количества циклов испытания от напряжения, возникающего в опасном сечении образца. Технический результат - ускорение и автоматизация процесса охлаждения образцов в процессе проведения испытаний на усталость и процесса построения диаграмм изменения параметров акустической эмиссии в зависимости от количества циклов нагружения. 1 ил.

Изобретение относится к области исследования прочностных свойств материалов при высоких температурах в условиях индукционного нагрева в вакууме. Высокотемпературная установка содержит ВЧ индуктор, охватывающий испытуемый образец и жесткие верхний и нижний захваты, удерживающие его, а также контролирующую и регистрирующую аппаратуру. Установка снабжена вакуумной водоохлаждаемой камерой, по центру которой расположен вышеупомянутый ВЧ индуктор, окруженный разъемным тепловым экраном и здесь же, по центру, находятся два захвата, удерживающие образец, рабочая часть которого соответствует высоте ВЧ индуктора. Технический результат: повышение рабочей температуры на испытуемом образце до 4000°С в вакуумной камере. 1 ил.

Наверх