一种金属材料旋转弯曲腐蚀疲劳实验装置及使用方法

技术领域

本发明属于金属材料性能检测技术领域，具体涉及一种金属材料旋转弯曲腐蚀疲劳实验装置及使用方法。

背景技术

旋转弯曲疲劳测试是应用最早的疲劳性能测试方法，最初用于车轴的疲劳性能测试，目前常用的测试标准为《GB/T 4337 金属材料疲劳试验旋转弯曲方法》，主要用于旋转轴类用金属材料的疲劳性能测试。通常试验在室温空气环境下进行，配合某些加热装置可以实现高温空气环境试验。然而一些应用在腐蚀环境中的金属材料，典型的例子如船舶螺旋桨，在海水腐蚀环境中，承受旋转弯曲疲劳载荷，目前还缺少合适的方法进行性能评价。旋转弯曲疲劳试验多采用简支梁形式，试验时试样为两端水平夹持，如何在高速旋转的试样上施加液态腐蚀介质，确保腐蚀介质不泄露，且安装操作方便，是实现旋转弯曲腐蚀疲劳试验的难点。另外，简支梁形式的旋转弯曲疲劳试验，往往持续数天，在无人值守情况下试样发生断裂，并依靠试样断裂后下落触发停止开关，自动停止循环周次计数得到试样的疲劳寿命，且防止断裂试样高速旋转产生危险，新增加的腐蚀装置不应妨碍试验机自动停机。

现有技术中的腐蚀装置实验系统，均是将水平试样浸没在液态腐蚀介质中，腐蚀介质易被高速旋转的试样甩出，造成泄露损坏设备。另外由于试样需要穿过溶液盒浸没在溶液里，溶液盒上的开孔和密封措施，可能会影响试样断裂时下落，导致不能自动停机。

发明内容

本发明的目的是提供一种旋转弯曲腐蚀疲劳实验装置和使用方法，以解决现有技术中的问题，该旋转弯曲腐蚀疲劳实验装置具有可施加液态腐蚀介质、不易泄露和适合长周期无人值守试验的特点，适用于金属材料在液态腐蚀介质环境下进行旋转弯曲疲劳试验。

本发明的目的之一是提供一种金属材料旋转弯曲腐蚀疲劳实验装置，包括腐蚀盒和盖板，腐蚀盒为槽体结构，在腐蚀盒的相对侧端面上形成有对应的溢流口，盖板包括顶板和插装部，所述插装部包括插装基座和设置在插装基座两侧的挡板，在挡板的下缘形成有半圆弧Ⅱ，并垂直围设在顶板的下方，当盖板扣合在腐蚀盒上后，挡板外壁紧贴腐蚀盒带有溢流口的内侧壁向下插合，半圆弧Ⅱ与溢流口形成的半圆弧Ⅰ，对接围成用于待测试样穿过的通道，所述插装部的外壁与腐蚀盒的内壁无间隙配合，以实现对盖板的固定。

作为优选方案，所述顶板的中心开设有进流孔，进流孔内安装有进流接管，所述进流接管包括进流管和喷淋管，所述喷淋管的中段与进流管出口端连通，喷淋管沿其长度方向均匀分布有若干出水孔。

作为优选方案，还包括溢流盒，所述溢流盒设置在腐蚀盒下方，用于盛装腐蚀盒的溢流口流出的腐蚀液，在溢流盒的一侧形成有溢流孔，所述溢流孔连接设置有溢流接管。

作为优选方案，还包括用于驱动待测试样转动的驱动机构，所述驱动机构包括第一转轴箱和第二转轴箱，所述第一、二转轴箱分别与待测试样的两端对接，并驱动待测试样旋转。

作为优选方案，所述腐蚀盒的一侧侧壁形成有回流孔Ⅱ，所述溢流盒的侧壁上形成有回流孔Ⅰ，回流孔Ⅰ与回流孔Ⅱ的位置相对应且直径相同，回流孔Ⅱ连接有回流接管，所述回流接管的外端由回流孔Ⅰ向外穿出。

作为优选方案，所述溢流盒位于所述溢流口下方的两个侧壁上形成有卡槽，所述卡槽的槽口为上大下小的开口结构，所述卡槽的尺寸与第一转轴箱和第二转轴箱外径尺寸相匹配。

作为优选方案，所述溢流盒的下端面与实验机台面相粘结，实验机台面的上方形成有放置溢流盒的放置槽。

作为优选方案，还包括腐蚀介质供给系统，所述腐蚀介质供给系统包括溶液盒、泵、溢流管、回流管和进流管，所述泵放置在溶液盒中，所述进流管一端与泵出口连接，另一端与进流接管的进口连接，所述回流管一端与回流接管连接，另一端与溶液盒相衔接，所述溢流管一端与溢流接管连接，另一端与溶液盒相衔接。

作为优选方案，还包括止挡环，所述止挡环设置有两个，并安装在待测试样上，且对应位于溢流口的内侧，用于遮挡溢流口，并防止腐蚀介质由溢流口向外溅出。

本发明的目的之二是提供一种金属材料旋转弯曲腐蚀疲劳实验装置的使用方法，

步骤一、将所述溢流盒居中放置在试验机台面上，底部用双面胶固定，将溢流接管穿过溢流孔与溢流管连接；

步骤二、将止挡环安装在所述待测试样上，将待测试样的两端安装到第一转轴箱和第二转轴箱上；

步骤三、将腐蚀盒沿溢流口的开口穿设待测试样，并将腐蚀盒居中放置在溢流盒内，将回流接管穿过回流孔Ⅰ和回流孔Ⅱ，与回流管连接；

步骤四、将进流接管从下往上穿过顶板上的进流孔，将盖板沿腐蚀盒内壁插到底，调整进流接管到居中位置并与进流管连接；

步骤五、将进流管与泵连接，回流管和溢流管出液端放置在溶液盒中；

步骤六、将泵通电打开，腐蚀介质通过泵和进流管施加到待测试样上，并经过腐蚀盒和回流管回到溶液盒中，形成循环；

步骤七、调节泵的出液流量，使腐蚀溶液面低于腐蚀盒的溢流口的半圆弧Ⅰ，待腐蚀介质循环稳定后，打开旋转弯曲疲劳试验机，即可开始试验；

步骤八、所述待测试样经过长期试验发生断裂时，沿所述溢流口下落到其半圆弧Ⅰ附近，第一转轴箱和第二转轴箱自动下落到所述卡槽上，并触发疲劳试验机停止开关，待测试样停止旋转，循环计数自动停止，得到所述待测试样的疲劳寿命。

有益效果

其一、本发明通过结构改进，其包括溢流盒、腐蚀盒、止挡环、盖板和腐蚀介质供给系统。通过腐蚀介质供给系统和进流接管，使腐蚀介质从待测试样上流过，形成腐蚀环境。通过止挡环、盖板和挡板等设计，有效阻隔液态腐蚀介质飞溅泄露，通过溢流口、溢流盒和溢流管设计形成双保险，防止流量过大或回流管堵塞时产生溢流泄漏。设计了卡槽和溢流口，确保试样断裂后能够触发试验机停止开关，保障了试验安全，以及疲劳循环周次计数准确，适合长周期无人值守疲劳试验。采用开口设计的腐蚀盒，试样安装在试验机上后，可以方便放置。使用回流接管同时穿过腐蚀盒和溢流盒，方便固定腐蚀盒位置。所发明的旋转弯曲腐蚀疲劳实验装置具有可施加液态腐蚀介质、不易泄露和适合长周期无人值守试验的特点，适用于金属材料在液态腐蚀介质环境下进行旋转弯曲疲劳试验。

其二、本发明优化了旋转弯曲腐蚀疲劳实验装置的实验方法，通过与上述结构的有机结合，优化了疲劳寿命的测试方法，通过专门设计的腐蚀介质的防飞溅和防溢流泄漏实验系统几何，采用不间断地在试样上施加腐蚀介质，和无人值守的自动触发停止的机制，同时调整腐蚀介质的循环流量，不仅保证了长周期无人值守疲劳实验时的安全性和稳定性，而且能够在疲劳实验完成时实现自动停止，确保疲劳循环周次计数准确。

附图说明

为了更清楚地说明发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的腐蚀装置组件的结构示意图；

图2为本发明试样疲劳断裂示意图；

图3为本发明的结构示意图；

图4为本发明使用状态示意图；

图中标记：1、试验机台面，2、溢流盒，201、溢流接管，202、回流孔Ⅰ，203、卡槽，204、溢流孔，3、腐蚀盒，301、溢流口，302、半圆弧Ⅰ，303、回流孔Ⅱ，304、回流接管，4、止挡环，5、待测试样，6、第一转轴箱，7、盖板，701、顶板，702、进流接管，703、进流孔，704、挡板，705、半圆弧Ⅱ，8、第二转轴箱，9、腐蚀介质供给系统，901、溢流管，902、回流管，903、进流管，904、泵，905、溶液盒，10、停止开关，11、加载杠杆，12、砝码挂盘，13、上固定座。

具体实施方式

以下通过示例性的实施方式对本发明进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益的结合到其它实施方式中。

需要说明的是：除非另做定义，本文所使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中所使用的“一个”、“一”或者“该”等类似词语不表述数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，但并不排除其他具有相同功能的元件或者物件。

本实施例提供一种旋转弯曲腐蚀疲劳实验装置，包括试验机台面1、溢流盒2、腐蚀盒3、止挡环4、第一转轴箱6、盖板7、第二转轴箱8和腐蚀介质供给系统9，该腐蚀疲劳实验装置配合旋转弯曲疲劳试验机，可对待测试样5进行旋转弯曲腐蚀疲劳性能测试。止挡环4有两个，紧套在待测试样5上，较佳地，止挡环4为弹性材质，设置在所述待测试样5的工作段和过渡弧交界处。待测试样5为圆棒状，两端分别与旋转弯曲疲劳试验机的第一转轴箱6和第二转轴箱8连接，溢流盒2、腐蚀盒3和盖板7从下而上依次设置，放置在试验机台面1上，待测试样5从所述腐蚀盒3的溢流口301穿过，本发明溢流口301为开口设计，待测试样5安装在所述旋转弯曲疲劳试验机上后，可以方便放置腐蚀盒3。

本实施例，腐蚀介质供给系统9由溢流管901，回流管902，进流管903，泵904和溶液盒905组成。溢流管901、回流管902和进流管903为硅胶管，直径1厘米，泵904扬程为1.2米，流量为600升/小时；溶液盒905为长方形，容积为8 L。泵904放置在溶液盒905中，进流管903一端与进流接管702连接，另一端与泵904连接，回流管902一端与腐蚀盒3连接，另一端放置在溶液盒905上，溢流管901一端与溢流盒2连接，另一端放置在溶液盒905上。腐蚀介质供给系统9通过进流管903与盖板7连接，腐蚀盒3通过回流管902与腐蚀介质供给系统9连通，从而实现腐蚀介质在待测试样5上的连续化流过，形成腐蚀环境。

本实施例，腐蚀盒3与第一转轴箱6和第二转轴箱8相邻的两侧开设有溢流口301，溢流口301上部为开口形式，底部为半圆弧，旋转弯曲腐蚀疲劳实验装置安装完毕后，半圆弧与待测试样5保持一定距离，确保待测试样5断裂后下落一定高度，触发旋转弯曲疲劳试验机停止开关10，保证长周期疲劳试验时循环周次计数准确。腐蚀盒3另一侧侧壁开设有回流孔Ⅱ303，回流孔Ⅱ303的位置低于溢流口301最低点2厘米，回流孔Ⅱ303上设置有回流接管304与回流管902连接。回流接管304同时穿过腐蚀盒3和溢流盒2，回流孔Ⅰ202和回流孔Ⅱ303在同一条轴线上，回流孔Ⅱ303和溢流盒2上的回流孔Ⅰ202的直径相同，回流接管304同时穿过回流孔Ⅰ202和回流孔Ⅱ303，方便固定腐蚀盒3位置。

本方案中，溢流盒2设置在腐蚀盒3下方，用于盛装腐蚀盒3的溢流口301流出的腐蚀液，下端面与实验机台面1相粘结，实验机台面1的上方形成有放置溢流盒2的放置槽。溢流盒2与第一转轴箱6和第二转轴箱8相邻的两侧开设有卡槽203，第一转轴箱6和第二转轴箱8在待测试样5断裂时落入卡槽203中，卡槽203的槽口为上大下小的开口结构，卡槽203尺寸与第一、二转轴箱6、8直径和高度相匹配，确保第一转轴箱6和第二转轴箱8落入后能够触发旋转弯曲疲劳试验机的停止开关10，保证长周期疲劳试验时计数准确。溢流盒2另一侧开设有回流孔Ⅰ202和溢流孔204，溢流孔204开设位置低于卡槽203最低点1厘米，溢流孔204上设置有溢流接管201与溢流管901连接。

本实施例，盖板7上部设置有顶板701和插装部，插装部包括插装基座和设置在插装基座两侧的挡板704，挡板704设置在与第一转轴箱6和第二转轴箱8相邻的两侧。挡板704与腐蚀盒3内壁为无间隙配合，挡板704下部为半圆弧Ⅱ705，挡板704垂直围设在顶板701的下方，旋转弯曲腐蚀疲劳实验装置安装完毕后半圆弧Ⅱ705接近待测试样5。当盖板7扣合在腐蚀盒3上后，挡板704外壁紧贴腐蚀盒3带有溢流口301的内侧壁向下插合，半圆弧Ⅱ705与溢流口301形成的半圆弧Ⅰ302，对接围成用于待测试样5穿过的通道，插装部的外壁与腐蚀盒3的内壁无间隙配合，以实现对盖板7的固定。顶板701中心位置开设有进流孔703，进流孔703上设置有进流接管702与进流管903连接，进流接管702包括进流管和喷淋管，喷淋管的中段与进流管出口端连通，喷淋管沿其长度方向均匀分布有若干出水孔。通过出水孔流下的腐蚀介质从待测试样5上流过，从而形成腐蚀环境。旋转弯曲腐蚀疲劳实验装置安装完毕后，进流接管位于待测试样的中心位置。

为了进一步提升其使用效果，实现长周期的无人值守的情况下，当待测试样在无人值守期间断裂时，需要停止上述试验机系统的驱动，同时疲劳循环周次计数准确，还可以设置有开关触发机构，开关触发机构用于当待测试样发生断裂时，通过触发停止开关10，从而使得循环计数自动停止，得到待测试样的疲劳寿命，开关触发机构包括上固定座13、下固定座、加载杠杆11、砝码挂盘12和挂钩，加载杠杆11包括压杆、支撑杆和连接横杆，压杆的一端转动式安装在下固定座上，另一端安装有砝码挂盘，停止开关10设置在压杆的中段下方，连接横杆设置在压杆上方，支撑杆的下端与压杆垂直固定连接，支撑杆的上端与连接横杆的中段转动式连接，挂钩包括一体连接的挂钩段和连杆段，挂钩段上端两侧的挂钩与第一、二转轴箱6、8的中间挂轴挂接，连杆段的下端与支撑杆两端部转动式连接，第一转轴箱6的尾部转轴与上固定座13转动式连接，上固定座固定设置在试验机上且相对设置有两个，当待测试样发生断裂后，会沿溢流口301下落到底部半圆弧Ⅰ302附近，第一转轴箱6和第二转轴箱8下落到卡槽203上，由于砝码挂盘12的配重作用，带动压杆的一端绕固定支座一铰接处转动，压杆触发位于其下方中段的停止开关10。

本实施例还提供一种采用上述旋转弯曲腐蚀疲劳实验装置的使用方法，请参阅图1-图4：

a. 将所述溢流盒2居中放置在旋转弯曲疲劳试验机台面1上，底部用双面胶固定，将溢流接管201穿过溢流孔204与溢流管901连接。

b. 将止挡环4安装在所述待测试样5上，将待测试样5安装到旋转弯曲疲劳试验机的第一转轴箱6和第二转轴箱8上。

c. 将腐蚀盒3沿溢流口301的开口穿过待测试样5，居中放置在溢流盒2内，将回流接管304穿过回流孔Ⅰ202和回流孔Ⅱ303，与回流管902连接。

d. 将进流接管702从下往上穿过顶板701上的进流孔703，将盖板7沿挡板704和腐蚀盒3内壁插到底，调整进流接管702到居中位置并与进流管903连接。

e. 将进流管903与泵904连接，回流管902和溢流管901出水端放置在溶液盒905中。

f. 将泵904通电打开，腐蚀介质通过泵904和进流管903施加到待测试样5上，并经过腐蚀盒3和回流管902回到溶液盒905中，形成循环。

g. 调节泵904出水流量，使腐蚀溶液面低于腐蚀盒溢流口301底部半圆弧Ⅰ302，待腐蚀介质循环稳定后，打开旋转弯曲疲劳试验机即可开始试验。

h. 所述待测试样5经过长期试验发生断裂时，沿所述溢流口301下落到底部半圆弧Ⅰ302附近，第一转轴箱6和第二转轴箱8下落到所述卡槽203上，并触发疲劳试验机停止开关10，试样停止旋转，循环计数自动停止，得到所述待测试样5的疲劳寿命。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。