获得静载梯度拉应力下扩散氢动态分布的装置及方法，它涉及一种获得金属在静载梯度拉应力场中扩散氢分布的装置及方法。为解决目前缺乏简单直观研究拉应力与扩散氢分布情况的装置及方法的问题。装置方案：每个加载块的上端面和下端面上均开有第一槽和第二槽，第一槽和第二槽均为长方形凹槽，第一槽的长度大于第二槽的长度，第一槽与第二槽沿宽度方向贯通，加载螺栓穿过加载块且与加载块螺纹连接；方法方案：试样处理及加载，应力测量，电化学充氢，扩散氢收集。本发明专利技术用于研究金属在静态梯度拉应力条件下，进行电化学充氢以后，扩散氢在应力场中的动态分布行为。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种获得金属在静载梯度拉应力场中扩散氢分布的装置及方法。
技术介绍
在恒载荷(或恒位移)条件下，原子氢通过应力诱导扩散富集到临界值后就引起氢致裂纹的形核、扩展从而导致低应力(甚至远低于屈服应力)下的滞后(要经过一定时间)断裂现象称为氢致滞后断裂。这种低应力下的氢致滞后断裂往往造成灾难性的断裂事故。本质上，氢的扩散过程与其在钢中的化学势密切相关，在化学势能差(即化学梯度)的驱动下，氢将从化学势高的地方向化学势低的地方扩散，直至达到平衡。当金属中存在正应力时它就能和H的应变场发生交互作用，这个相互作用使得氢的化学位下降，导致氢向该处富集。正应力不同的地方，交互作用不同，氢的化学位降低量就不同，因此氢易于向拉应力较大处扩散，即应力使氢发生上坡扩散。三向拉应力(静水应力)处氢浓度高于平均氢浓度，而压应力处的氢浓度则低于平均氢浓度。通过应力诱导扩散，氢将向高应力区富集，经足够长的时间后，氢浓度分布将达到稳定值，当材料中的氢含量很低，不足以产生不可逆氢损伤时，在拉伸过程中仍可通过应力诱导氢的扩散富集，从而在低的外应力下裂纹(或孔洞)就形核扩展，导致塑性和韧性的下降从而影响其服役安全性。毋庸置疑，材料氢致滞后断裂行为在很大程度上取决于拉应力与扩散氢的交互作用，目前关于应力诱导氢扩散理论的研究，仍缺乏简单直观的研究方法，因此，有必要获得金属在静载拉伸条件下，扩散氢在应力场中的动态分布，为应力诱导氢扩散理论获得和材料氢致滞后断裂机制提供先进的获得手段，同时还能够为分析裂纹扩展机制提供依据。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种，以解决目前缺乏简单直观获得拉应力与扩散氢分布情况的装置及方法的问题。本专利技术为解决上述技术问题采取的技术方案是装置方案所述装置包括加载螺栓和两个加载块，每个加载块的上端面和下端面上均开有第一槽和第二槽，第一槽和第二槽均为长方形凹槽，第一槽的长度大于第二槽的长度，第一槽与第二槽沿宽度方向贯通，力口载螺栓穿过加载块且与加载块螺纹连接。方法方案所述方法基于这样的试件完成，试样由第一金属体、第二金属体和第三金属体构成，第一金属体和第三金属体的横截面为T字形，第二金属体的横截面为等腰梯形，第一金属体的竖直段与第二金属体的下底面连接制成一体，第二金属体的上底面与第三金属体的竖直段制成一体，所述方法包括如下步骤步骤一、试样处理及加载将待充氢试样按金相试样要求进行处理，保留充氢面，其余面有硅胶密封，将两个试样装入相对应的第一槽和第二槽，旋进加载螺栓对试样进行加载，根据需加应力的大小确定加载螺栓的前进的距尚;步骤二、应力测量在将待充氢试样的第三金属体的竖直段贴上应变片，通过静态应变测量仪测量竖直段的应变，并计算出该部位应力分布，然后通过Marc有限元软件计算出试样的第二金属体的应力分布；步骤三、电化学充氢首先，取硫酸和蒸馏水配制0. 5-2mol/L的硫酸水溶液，将配制好的硫酸水溶液倒入电解池中；然后，使用钼电极作为阳极，待充氢试样作为阴极，阳极和阴极分别连接直流电源对应的正负电极，接通直流电源，并将待充氢试样放入装有电解液的电解池中；最后，根据加载试样表面积的大小及钢种种类，调整充氢电流强度至10-100mA/cm2,对加载试样进行充氢,充氢时间为1_36小时；步骤四、扩散氢收集加载试样充氢完毕，用4%硝酸酒精溶液浸蚀抛光表面，在抛光的试样表面涂一层甘油作为氢气泡的收集液，加盖玻片；把试样放置到电子显微镜下在室温下观察拍照，当最大气泡直径接近膜厚的85% -90%时拍照记录并更换甘油，试样、观察拍照直至逸出氢不再变化为止。本专利技术具有以下有益效果本专利技术是获得金属在静载梯度拉应力条件下，进行电化学充氢以后，扩散氢在应力场中的动态分布行为的装置及方法。可通过调整金属试样形状实现在一定范围内改变梯度拉应力场大小及其梯度的目的，从而改变氢扩散的条件，为应力诱导氢扩散理论获得和材料氢致滞后断裂机制提供先进的获得手段。本专利技术可以获得受静载拉伸梯度应力的金属材料在进行电化学充氢以后，扩散氢在应力场中的动态分布行为，还可实现对拉应力大小、梯度以及电化学充氢工艺的控制，弥补了现有电化学充氢方法不能获得梯度拉应力对扩散氢动态分布行为影响的缺陷。通过调整金属试样形状实现在一定范围内改变拉应力场大小及其梯度，从而改变氢扩散的条件，为应力诱导氢扩散理论获得和材料氢致滞后断裂机制提供先进的获得手段。目前静载梯度拉应力对扩散氢动态分布行为的影响，目前尚没有合理评价的装置和方法。附图说明图I是本专利技术所述装置结构示意图，图2是试样的结构示意图，图3是试样加载过程结构示意图，图4是试样第二金属体部分有限元模拟应力分布图，图5是第二金属体部分中轴线方向应力分布，图6是试样第三金属体竖直段部分有限元模拟应力分布，图7是试样第三金属体竖直段部分中轴线方向应力分布，图8是试样第二金属体部分扩散氢分布照片，图9是图片处理前沿中轴线微矩形区域内扩散氢分布图，图10是图片处理后沿中轴线微矩形区域内扩散氢分布图.具体实施方式一结合图I说明本实施方式，本实施方式的装置包括加载螺栓I和两个加载块2，每个加载块2的上端面和下端面上均开有第一槽2-1和第二槽2-2，第一槽2-1和第二槽2-2均为长方形凹槽，第一槽2-1的长度大于第二槽2-2的长度，第一槽2-1与第二槽2-2沿宽度方向贯通，加载螺栓I穿过加载块2且与加载块螺纹连接。具体实施方式二 结合图I说明本实施方式，本实施方式的第一槽2-1在宽度方向上的面为圆弧面，此结构的优点是减少应力集中。其它实施方式与具体实施方式一相同。具体实施方式三结合图2-图8说明本实施方式，本实施方式的方法基于这样的试件完成，试样3由第一金属体3-1、第二金属体3-2和第三金属体3-3构成,第一金属体3-1和第三金属体3-3的横截面为T字形，第二金属体3-2的横截面为等腰梯形，第一金属体3-1的竖直段与第二金属体3-2的下底面连接制成一体，第二金属体3-2的上底面与第三金属体3-3的竖直段制成一体；所述方法包括如下步骤步骤一、试样处理及加载将待充氢试样按金相试样要求进行处理，保留充氢面，其余面有硅胶密封，将两个试样装入相对应的第一槽2-1和第二槽2-2，旋进加载螺栓I对试样进行加载，根据需加应力的大小确定加载螺栓I的前进的距离；步骤二、应力测量在将待充氢试样的第三金属体3-3的竖直段贴上应变片4，通过静态应变测量仪测量竖直段的应变，并计算出该部位应力分布，然后通过Marc有限元软件计算出试样3的第二金属体3-2的应力分布；步骤三、电化学充氢首先，取硫酸和蒸馏水配制0. 5-2mol/L的硫酸水溶液，将配制好的硫酸水溶液倒入电解池中；然后，使用钼电极作为阳极，待充氢试样作为阴极，阳极和阴极分别连接直流电源对应的正负电极，接通直流电源，并将待充氢试样放入装有电解液的电解池中；最后，根据加载试样表面积的大小及钢种种类，调整充氢电流强度至10-100mA/cm2,对加载试样进行充氢,充氢时间为1_36小时；步骤四、扩散氢收集加载试样充氢完毕，用4%硝酸酒精溶液浸蚀抛光表面，在抛光的试样表面涂一层甘油作为氢气泡的收集液，加盖玻片；把试样放置到电子显微镜下在室温下观察拍照，当最大气泡直径接近膜厚的85% -90%时拍照记录并更换甘油本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种获得静载梯度拉应力下扩散氢动态分布的装置，其特征在于所述装置包括加载螺栓(I)和两个加载块(2)，每个加载块(2)的上端面和下端面上均开有第一槽(2-1)和第二槽(2-2)，第一槽(2-1)和第二槽(2-2)均为长方形凹槽，第一槽(2-1)的长度大于第二槽(2-2)的长度，第一槽(2-1)与第二槽(2-2)沿宽度方向贯通，加载螺栓(I)穿过加载块(2)且与加载块螺纹连接。2.根据权利要求I所述获得静载梯度拉应力下扩散氢动态分布的装置，其特征在于第一槽(2-1)在宽度方向上的面为圆弧面。3.使用权利要求I所述装置获得静载梯度拉应力下扩散氢动态分布的方法，所述方法基于这样的试件完成，试样(3)由第一金属体(3-1)、第二金属体(3-2)和第三金属体(3-3)构成，第一金属体(3-1)和第三金属体(3-3)的横截面为T字形，第二金属体(3-2) 的横截面为等腰梯形，第一金属体(3-1)的竖直段与第二金属体(3-2)的下底面连接制成一体，第二金属体(3-2)的上底面与第三金属体(3-3)的竖直段制成一体,其特征在于所述方法包括如下步骤步骤一、试样处理及加载将待充氢试样按金相试样要求进行处理，保留充氢面，其余面有硅胶密封，将两个试样装入相对应的第一槽(2-1)和第二槽(2-2)，旋进加载螺栓(I)对试样进行加载，根据需加应力的大小确定加载螺栓(I)的前进的距离； 步骤二、应力测量在将待充氢试样的第三金属体(3-3)的竖直段贴上应变片(4)，通过静态应变测量仪测量竖直段的应变，并计算出该部位应力分布，然后通过Marc有限元软件计算出试样(3)的第二金属体(3-2)...
【专利技术属性】
技术研发人员：方洪渊，张敬强，杨建国，刘雪松，董志波，王佳杰，王涛，方坤，陈双建，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。