本發(fā)明涉及金屬材料力學性能檢測技術領域，具體涉及一種鉬及鉬合金棒、管材的高溫拉伸檢測設備及方法。

背景技術：

目前，國內進行金屬管材及棒材的高溫拉伸性能測試主要是依據最新執(zhí)行的國標GB/T228.2‐2015《金屬材料拉伸試驗第2部分：高溫試驗方法》，也有些客戶依然選擇國標GB/T4338‐2006《金屬材料高溫拉伸試驗方法》作為檢測依據，這兩套標準明確規(guī)定了高溫拉伸實驗工作溫度范圍為35℃‐1100℃，并規(guī)定對外徑不大于16mm的管材應切取整管進行試驗，外徑大于16mm‐30mm的管材，在試驗具備的情況下，也應切取整管進行試驗，否則可切取10mm的條形試樣完成試驗。由于鉬及鉬合金在550℃以上開始和空氣中的氧氣發(fā)生氧化反應，使得該種易氧化金屬材料的棒、管材高溫拉伸試驗無法正常進行，而蘇州熱工研究院、西北有色金屬研究院、長春機械研究院等這些具有CMA金屬材料高溫拉伸檢測資質的單位院所對于鉬及鉬合金棒、管材拉伸測試的溫度控制在500℃以下，嚴重阻礙了類似鉬及鉬合金易氧化金屬在500℃以上拉伸性能測試。鉬及鉬合金棒、管材用于核電包殼材料的極限工作溫度為1200℃，這就需要在1200℃下完成鉬及鉬合金棒、管材的拉伸性能測試，超出了國家標準明確規(guī)定的溫度點。受檢測條件限制，目前還未見在1200℃下開展金屬材料拉伸性能測試的報道和文獻。而對于管材的拉伸，通常采用剖開管來代替整管進行拉伸試驗，這就無法正確反應管材在高溫復合應力下的實際變化情況，降低了測試結果的可信度，還增加了檢測成本和試驗周期。在1200℃下開展鉬及鉬合金棒、管材拉伸試驗研究，既能滿足了核電行業(yè)客戶的需求，又能填補了國內金屬材料高溫拉伸性能測試的空白，對促進核電產業(yè)安全發(fā)展、推動金屬材料高溫拉伸性能檢測進步意義重大。

技術實現要素：

本發(fā)明就是針對上述已有技術存在的不足，提供一種能夠在1200℃下對鉬及鉬合金棒、管材的高溫拉伸性能進行檢測的設備及方法。

本發(fā)明就是通過以下技術方案實現的。

一種鉬及鉬合金棒、管材的高溫拉伸檢測設備，所述設備包括萬能試驗機，設置在萬能試驗機上、下橫梁之間的高溫爐，從所述高溫爐側壁伸入爐內的引伸計，與高溫爐連接的溫度控制器，兩個結構相同的上夾具和下夾具，其特征在于，所述設備還包括夾具冷卻裝置和惰性氣氛保護裝置；

所述夾具冷卻裝置包括冷卻水箱、兩個結構相同的上冷卻連接頭和下冷卻連接頭；所述冷卻水箱設置在萬能試驗機的一側，所述上冷卻連接頭的一端固定在萬能試驗機的上橫梁上、另一端與上夾具連接，所述下冷卻連接頭的一端固定在萬能試驗機的下橫梁上，另一端與下夾具連接，所述兩夾具的夾持端均伸入高溫爐內、并且相對設置，所述冷卻水箱與上、下冷卻連接頭均連接；

所述惰性氣氛保護裝置設置在萬能試驗機的另一側，所述惰性氣氛保護裝置的出氣管伸入高溫爐內。

根據上述的設備，其特征在于，所述兩冷卻連接頭均為兩端封閉的豎直中空管，所述中空管的一端設有銷孔，另一端設有帶內螺紋的凹槽，所述中空管的側壁設有出水口和入水口，所述出水口和入水口位于不同高度，所述出水口與入水口之間的管道形成冷卻液的通道，所述中空管的出水口與冷卻水箱的進水口通過管道連接，所述中空管的入水口與冷卻水箱的出水口通過管道連接。

根據上述的設備，其特征在于，所述惰性氣氛保護裝置為供氬裝置。

根據上述的設備，其特征在于，所述兩夾具的夾持端均為圓柱體，所述圓柱體的端部設有帶內螺紋的凹槽。

根據上述的設備，其特征在于，所述兩夾具的夾持端均為具有圓錐形空腔的腔體，在所述腔體端部開有圓形安裝孔，所述圓形安裝孔與圓錐形空腔相通，所述圓錐形空腔內設有多個豎直的楔形夾塊，所述腔體內壁開有與楔形夾塊相配的滑槽，所述楔形夾塊位于滑槽內，所述楔形夾塊與腔體外壁之間設有絲桿。

根據上述的設備，其特征在于，所述楔形夾塊的夾持面為倒齒狀結構。

根據上述的設備，其特征在于，所述兩夾具的材質均為鉬鑭合金或鎢鉬合金。

根據上述的設備，其特征在于，所述高溫爐安裝在設置在萬能試驗機一側的旋轉支架上，所述引伸計安裝在設置在萬能試驗機另一側的滑動支架上。

一種使用上述設備的檢測方法，其特征在于，所述方法步驟包括：

(1)將鉬及鉬合金棒材或管材按GB/T4338‐2006或GB/T228.2‐2015機加工成標準拉伸試樣，采用高溫顏料在試樣表面標記標距并烘干標記，然后將標記好的棒材或管材拉伸試樣裝入相應的夾具中；

(2)打開高溫爐，在拉伸試樣的兩端和中央分別插入熱電偶，然后打開惰性氣氛保護裝置，啟動溫度控制器，采用梯度升溫方式給高溫爐加熱，當爐溫顯示500℃時，打開冷卻水箱的供水開關，向上、下冷卻連接頭中通入冷卻液，繼續(xù)升溫，當熱電偶的溫度均顯示1200℃時，保溫15min以上，啟動萬能試驗機對試樣進行拉伸，當試樣出現屈服現象時，引伸計退出爐體，直到拉伸試樣斷裂，關閉萬能試驗機；

(3)保存好拉伸測試數據和曲線，關閉溫度控制器，待爐內溫度降至500℃時，關閉惰性氣氛保護裝置，待爐溫降至室溫，關閉冷卻水箱的供水開關，取出拉伸試樣，采用游標卡尺和千分尺進行測量。

本發(fā)明的有益技術效果，本發(fā)明提供了一種對鉬及鉬合金棒、管材的高溫拉伸性能進行檢測的設備及方法，相對于現有的金屬材料高溫拉伸檢測方法和裝置而言，本發(fā)明具有以下幾大優(yōu)點：

(1)本發(fā)明可以很好的完成鉬及鉬合金等易氧化金屬的棒、管材的高溫拉伸測試。傳統(tǒng)的金屬材料高溫拉伸試驗是在空氣氛圍的加熱爐腔內完成的，僅針對難氧化金屬的棒、管材或易氧化金屬氧化溫度點之下進行的帶溫拉伸性能檢測，而本發(fā)明增加了惰性氣氛保護裝置，可以有效地阻止易氧化金屬高溫下的氧化反應，大幅度的提高了易氧化金屬的拉伸檢測溫度區(qū)域。

(2)本發(fā)明可以在1200℃溫度下安全穩(wěn)定的完成鉬及鉬合金棒、管材的拉伸性能測試。受高溫拉伸裝備條件和傳統(tǒng)檢測觀念限制，目前國內已進行的金屬棒、管材高溫拉伸試驗的溫度不大于900℃，GB/T4338‐2006或GB/T228.2‐2015上有明確規(guī)定的溫度點不大于1100℃，而本發(fā)明在萬能試驗機上增加了惰性氣氛保護裝置、夾具冷卻裝置和采用耐熱合金制備成的專用夾具，克服了鉬及鉬合金拉伸試樣的氧化以及傳統(tǒng)夾具高溫變形，導致拉伸試驗時試樣滑落、拉豁等缺陷，突破了傳統(tǒng)高溫拉伸溫度點的局限，滿足了核電行業(yè)客戶對高溫拉伸試驗的需求，提高了檢測數據的可信度，填補了國內金屬材料高溫拉伸測試領域的空白。

(3)本發(fā)明提供的管材專用夾具結構合理，拆卸便捷，可實現對不同管材直徑的夾持，避免了在高溫拉伸試驗過程中試樣的滑動和開裂，保證了高溫下管材的均勻變形，測試結果準確可靠，和傳統(tǒng)切成條形試樣相比，縮短了試驗周期，減少了檢測費用，而且當管材專用夾具多次使用后，楔形夾塊的夾持面磨損失效時，只需更換新的楔形夾塊即可，通用性強。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結構示意圖。

圖2為棒材專用夾具的裝配示意圖。

圖3為管材專用夾具的裝配示意圖。

圖4為圖3的A‐A向剖面示意圖。

圖5為一對楔形夾塊的剖面示意圖。

圖6為管材專用夾具的俯視圖。

圖7為冷卻連接頭的剖面示意圖。

具體實施方式

如圖1‐圖7所示，一種鉬及鉬合金棒、管材的高溫拉伸檢測設備，包括萬能試驗機1，設置在萬能試驗機上、下橫梁之間的高溫爐2，高溫爐通過設置在萬能試驗機一側的旋轉支架3支撐，安裝在設置在萬能試驗機另一側的滑動支架4上的引伸計5，引伸計的工作端從高溫爐側壁伸入爐內，與高溫爐連接有溫度控制器6，溫度控制器用于控制高溫爐的溫度，兩個結構相同的上夾具7和下夾具8，夾具冷卻裝置，惰性氣氛保護裝置9；夾具冷卻裝置包括冷卻水箱10、兩個結構相同的上冷卻連接頭11和下冷卻連接頭12；冷卻水箱也設置在萬能試驗機的一側，冷卻水箱用于提供冷卻液；上冷卻連接頭的一端固定在萬能試驗機的上橫梁13上、另一端與上夾具7連接，下冷卻連接頭的一端固定在萬能試驗機的下橫梁14上，另一端與下夾具8連接，兩夾具的夾持端均伸入高溫爐內、并且相對設置；兩冷卻連接頭均為兩端封閉的豎直中空管15，中空管的一端設有銷孔16，用于通過銷釘固定在萬能試驗機的橫梁上，另一端設有帶內螺紋的凹槽17，用于與夾具連接，中空管的側壁設有出水口18和入水口19，出水口和入水口位于不同高度，出水口與入水口之間的管道形成冷卻液的通道20，中空管的出水口與冷卻水箱的進水口通過管道連接，中空管的入水口與冷卻水箱的出水口通過管道連接；冷卻連接頭材質選用不銹鋼。冷卻水箱的冷卻液由冷卻連接頭的入水口進入，通過冷卻液通道從出水口流出，將高溫試驗中夾具傳導出來的熱量及時帶走，減小了夾具的體積，保護了萬能試驗機橫梁裝配區(qū)域的受熱變形，提高了實驗的安全性。夾具、拉伸試樣和連接管的中軸線位于同一條軸線上，避免拉伸過程中產生彎曲應力，影響測試數據不準確，導致實驗失敗。

惰性氣氛保護裝置也設置在萬能試驗機的另一側，惰性氣氛保護裝置的出氣管21伸入高溫爐內；惰性氣氛保護裝置的出氣管分為兩部分，一部分為進入高溫爐內的耐高溫金屬管，另一部分為位于爐外的普通惰性氣體流通管，以保證爐內惰性氣氛的正常供給，惰性氣氛保護裝置用于提供惰性氣氛，惰性氣氛保護裝置優(yōu)選為供氬裝置。

棒材專用夾具包括結構相同的上夾具和下夾具，兩夾具配合使用，兩夾具的夾持端均為圓柱體22，圓柱體的端部設有帶內螺紋的凹槽23。

管材專用夾具包括結構相同的上夾具和下夾具，兩夾具配合使用，兩夾具的夾持端均為具有圓錐形空腔24的腔體25，在腔體端部開有圓形安裝孔，圓形安裝孔與圓錐形空腔相通，圓錐形空腔內設有多個豎直放置的楔形夾塊26，楔形夾塊可以通過腔體側壁開具的矩形孔27塞入腔體中，腔體內壁開有與楔形夾塊相配的滑槽，楔形夾塊位于滑槽內，楔形夾塊與腔體外壁之間設有絲桿28。腔體外壁設有螺栓孔，絲桿的一端穿過螺栓孔，通過絲桿與螺栓孔的進給作用，使得絲桿下端和楔形夾塊的上表面預緊加力，迫使楔形夾塊沿滑槽下移，從而提高楔形夾塊的夾持面與管材試樣拉伸表面的正壓力和夾緊力，實現管材試樣的鎖緊。在楔形夾塊的外表面刻有標尺線，通過標尺線來衡量夾具夾持試樣力度的大小，避免因夾持力多大或過小，過大使試樣端面破裂，試驗過程中拉豁管材，過小夾持力不夠，拉伸過程中管材從夾具中脫落，導致測試失敗。優(yōu)選楔形夾塊為三個，對應的絲桿為三根，楔形夾塊的夾持面30為倒齒狀結構，減小了楔形夾塊與試樣表面的接觸面積，提高了夾持的正壓力，解決了夾具夾緊力不足的問題。

兩夾具的均材質為耐高溫材質，優(yōu)選鉬鑭合金或鎢鉬合金，使得在1200℃下夾具本身具有一定的硬性和抗拉強度，提高夾具的使用壽命。

一種使用上述設備的檢測方法，步驟包括：

(1)將鉬及鉬合金棒材或管材按GB/T4338‐2006或GB/T228.2‐2015機加工成標準拉伸試樣，采用高溫顏料在試樣表面標記標距并烘干標記，然后將標記好的棒材或管材拉伸試樣裝入相應的夾具中；其中，當對棒材試樣進行檢測時，采用上述的棒材專用夾具；當對管材試樣進行檢測時，采用上述的管材專用夾具，并在管材的兩端均插入塞桿29，塞桿和管材試樣間隙配合，大小為1‐5絲，高溫顏料為石墨乳，夾具的夾持端涂覆有高溫潤滑劑，如二硫化鉬乳或石墨乳，便于后續(xù)的拆卸和再次裝配；

(2)打開高溫爐，在拉伸試樣的兩端和中央分別插入熱電偶，用來測試拉伸試樣的各部位的溫度，然后打開惰性氣氛保護裝置，使氬氣吹掃干凈爐內空氣，并使爐內保持微正壓，啟動溫度控制器，采用梯度升溫方式給高溫爐加熱，當爐溫顯示500℃時，打開冷卻水箱的供水開關，向上、下冷卻連接頭中通入冷卻液，繼續(xù)升溫，當熱電偶的溫度均顯示1200℃時，保溫15min以上，啟動萬能試驗機對試樣進行拉伸，當試樣出現屈服現象時，引伸計退出爐體，直到拉伸試樣斷裂，關閉萬能試驗機；拉伸試樣屈服前萬能試驗機橫梁的移動速率為2mm/min～4mm/min，屈服后移動速率為6mm/min～9mm/min；

(3)保存好拉伸測試數據和曲線，關閉溫度控制器，高溫爐開始降溫，待爐內溫度降至500℃時，關閉惰性氣氛保護裝置，待爐溫降至室溫，關閉冷卻水箱的供水開關，打開高溫爐爐門，取出拉伸試樣，采用游標卡尺和千分尺分別測得標距斷裂后的長度和斷裂面的橫截面面積，保存好測量數據，將試驗后的拉伸試樣封裝儲存以備待檢。棒材拉伸試樣的拆卸只需將斷裂的拉伸試樣從夾具內螺紋旋下即可，管材拉伸試樣的拆卸首先需將均布絲桿旋松，絲桿底部端面脫離楔形夾塊，待楔形夾塊松動后，抽出管材拉伸試樣，拔出塞桿即可。

實施例1：1200℃溫度下鉬合金棒材的高溫拉伸性能測試

首先，在鉬合金棒材標準試樣表面刻劃原始標距，用量具測量原始標距長度L和標準試樣的橫截面直徑D，計算出原始截面面積S，然后在試樣的螺紋區(qū)均勻涂覆石墨乳，將試樣兩端分別旋入棒材專用夾具的內螺紋區(qū)，外螺紋區(qū)也均勻涂覆石墨乳并和連接管的內螺紋區(qū)相連接，打開高溫爐，轉動旋轉支架，保持棒材拉伸試樣和棒材專用夾具處在高溫爐體中央，再在棒材試樣的兩端和中央分別插入3支熱電偶，用來控制棒材試樣上、中及下部溫度，再將由高溫爐下部進入的氬氣管道通過耐高溫軟線固定在專用夾具下部，關閉高溫爐體并鎖緊，引伸計沿滑動支架穿過高溫爐體側壁孔進入爐腔內部并頂在棒材拉伸試樣的標距區(qū)域，完成高溫拉伸試驗平臺的搭建；然后，開啟氬氣保護裝置，使氬氣吹掃干凈高溫爐體內部的空氣，并使爐腔內保持微正壓，再啟動溫度控制器，采用梯度升溫方式給高溫爐體加熱，當爐溫顯示500℃時，開啟冷卻系統(tǒng)，給冷卻連接頭供給冷卻液，繼續(xù)升溫，當和棒材試樣相接觸的3支熱電偶的溫度均顯示1200℃時，保溫15min以上，萬能試驗機橫梁移動，開始試樣的拉伸動作，當拉伸試樣出現屈服現象時，引伸計沿滑動支架退出爐體，直到拉伸試樣斷裂，萬能試驗機橫梁停止運動，完成鉬及鉬合金棒材的高溫拉伸試驗。試驗參數的選擇：試驗溫度：1200℃，保溫時間：15min，屈服前萬能試驗機橫梁的移動速率為2mm/min，屈服后為6mm/min，最后，按照標準公式計算鉬及鉬合金棒材試樣的抗拉強度Rpm(MPa)、屈服強度Rp_0.2(MPa)斷面收縮率Z(％)和斷后延伸率A(％)。測試計算結果見表1。

表1 1200℃下鉬合金棒材的拉伸測試結果

由表1可以看出，1200℃鉬合金棒材拉伸測試的力學性能數據穩(wěn)定、準確，所選用夾具結構和材質可靠。

實施例2：1200℃溫度下鉬合金管材的高溫拉伸性能測試

鉬合金管材高溫拉伸性能測試中試驗平臺搭建、拉伸試驗過程及測試數據計算可參考實施例1進行試驗。測試計算結果見表2。

表2 1200℃下鉬合金管材的拉伸測試結果

由表2可以看出，1200℃鉬合金管材拉伸試驗中，管材試樣受力均勻，均未出現拉豁、開裂等異常，測試的力學性能數據穩(wěn)定、準確，所選用夾具結構和材質可靠。

上述實施例只是為說明本發(fā)明的技術構思及特點，并不能以此限制本發(fā)明的保護范圍，凡是根據本發(fā)明的實質所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。