基于变截面试样的高温蠕变性能测试方法与流程

本发明属于金属材料蠕变性能测试领域，具体涉及一种基于变截面试样的高温蠕变性能测试方法。

背景技术：

近年来，随着国民经济和工业技术的发展，有大量的高温设备在石化、电力、能源、冶金等支柱行业中使用。随着未来流程工艺的升级，将会有更多的设备服役于更高的温度。如下一代超超临界发电机组用锅炉和管道的工作温度将达到700℃，石化炼油行业沸腾床的使用温度也将达到650℃。这些高温下服役的设备，不可避免的会存在蠕变问题。然而，当前我国基于蠕变的高温强度设计方法尚不完善，国产金属材料尤其是新材料的长时蠕变性能极度匮乏，严重制约了我国高温装备的设计制造和国产化。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种基于变截面试样的高温蠕变性能测试方法。本发明不但具备测试效率高、精度好、成本低等优点，而且通过一次试验即可获得不同应力水平条件下的大量数据结果，从而有效的节约了高温蠕变试验的时间和成本。

为了实现本发明的目的，本发明采用了以下技术方案：

一种基于变截面试样的高温蠕变性能测试方法，其包括如下步骤：

S1，在变截面试样的表面用高温漆喷涂生成散斑；

S2，将变截面试样置于带视窗的加热炉内，所述加热炉的外侧设置有对变截面试样进行照明的照明光源，所述加热炉的外侧还设置有通过加热炉上的视窗对变截面试样进行拍摄的相机；

S3，在设定温度条件下，在变截面试样的两夹持端施加某一固定载荷P，采用相机对变截面试样表面的散斑图案进行连续观测和拍摄；

S4，将所述相机拍摄获得的试样表面的散斑图案输入到处理装置中，通过电脑图像处理获得高温蠕变试验过程中变截面试样表面的全场变形。

优选的，所述变截面试样为棒状，变截面试样的两端设置为夹持端，两夹持端之间设置为待测试样段，所述待测试样段的横截面直径沿试样轴向平滑渐变，且所述待测试样段的正中间横截面的直径最小，自所述正中间横截面向两侧夹持端的方向试样的横截面直径逐渐增大。

优选的，所述照明光源所发出的光为蓝光。

优选的，所述相机设置为两个，或者相机设置为双镜头。

本发明的有益效果在于：

1)本发明中的圆棒形变截面试样的待测试样段的横截面直径D沿试样轴向平滑渐变，则待测试样段的截面积也沿试样轴向渐变。当在变截面试样的两夹持端施加某一固定载荷P时，变截面试样的不同横截面内的应力水平σ＝4P/(πD²)必然随着渐变的直径而不同。因此，基于变截面试样的本测试方法可以实现在一次试验过程中获得多个应力水平下的蠕变性能数据，达到多通量测量的目的，从而不但极大的提高了测试效率，而且大大节省了试验周期和成本。

2)本发明在变截面试样的表面用高温漆喷涂生成散斑。不但喷涂方便，工作效率高，而且易于后续的观测和处理。

3)本发明所采用的带视窗的高温加热炉，与传统加热炉相比多设置了透明观察视窗，视窗的尺寸需保证待测试样段均能被相机所拍到。所述视窗的设置在保证炉内温度均匀性的同时，为光学测量提供了条件，也为进一步获得多通量的变形数据提供了支撑。

4)本发明通过设置照明光源和相机，实现了采用非接触式数字相关技术对试样表面的全场蠕变变形进行测量，一方面可避免传统的高温引伸计测量量程有限的缺点，另一方面还具有一次测量全场应变而不是某一标距段内均匀变形的优点，具有测量精度高、获得数据量大、测量范围广等优点。

5)本发明中的照明光源发出的光为蓝光，可以测得工作温度为600℃～1000℃下的试样表面的全场变形情况。

6)本发明中的相机采用双镜头，可以拍摄获得试样表面所喷涂的散斑的三维数字图像信息，从而可以测得试样的三维变形情况。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的变截面蠕变试样示意图。

图3为采用本发明测量方法获取多个应力水平条件蠕变性能的示意图。

图中标记符号的含义如下：

10—变截面试样 11—待测试样段 11A-正中间横截面

12—夹持端 20—加热炉 21—视窗 30—照明光源

40—相机

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

一种基于变截面试样的高温蠕变性能测试方法，其包括如下步骤：

S1，在变截面试样10的表面用高温漆喷涂生成散斑。

如图2所示，所述变截面试样10为棒状，变截面试样10的两端设置为夹持端12，两夹持端12之间设置为待测试样段11，待测试样段11的长度为L₀；所述待测试样段11的横截面直径沿试样轴向平滑渐变，且所述待测试样段11的正中间横截面11A的直径D₀最小，自所述正中间横截面11A向两侧夹持端12的方向试样的横截面直径逐渐增大。

如图2所示，D₀＜D₁＜D_n。

S2，将变截面试样10置于带视窗21的加热炉20内，所述加热炉20的外侧设置照明光源30对变截面试样10进行照明，所述照明光源30发出的光为蓝光；所述加热炉20的外侧还设置有通过加热炉20上的视窗21对变截面试样10进行拍摄的相机40，所述相机40设置为双镜头。

S3，在600℃～1000℃的温度条件下，在变截面试样10的两夹持端12施加某一固定载荷P，在整个蠕变变形过程中，采用相机40对变截面试样10表面的散斑图案进行连续观测和拍摄。

在蠕变试验过程中，两夹持端12处的载荷P固定，待测试样段11上随着横截面直径的不同，各横截面处的应力水平也不相同。变截面试样10的正中间横截面11A的直径D₀最小，其对应的应力水平σ₀＝4P/(πD₀²)最大。由于变截面试样10的横截面直径沿着试样轴向向试样两侧夹持端12逐渐变大(即D₀＜D₁＜···＜D_n)，则相应横截面位置的应力水平逐渐变小(σ₀＞σ₁＞···＞σ_n)，因此本测试方法通过一次试验即可获得多个应力水平下的蠕变性能数据。

S4，将所述相机40拍摄获得的试样表面的散斑图案输入到处理装置中，通过电脑图像处理获得高温蠕变试验过程中变截面试样10表面的全场三维变形。

图3给出了采用本发明测量方法获取多个应力水平条件下316L奥氏体不锈钢蠕变性能的示意图，具体为试验温度为550℃，300～375MPa应力水平下的316L奥氏体不锈钢蠕变应变随时间的演化关系。