專利名稱：基于通電加熱的高溫硬度測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬材料硬度測量方法，尤其是涉及一種基于通電加熱的高溫硬度測
量方法。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，在常溫下研究金屬材料的使用性能已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足工程上的要求了，對金屬材料在高溫下的使用性能提出了更高的要求，尤其是在航空航天領(lǐng)域。金屬材料的高溫性能檢測已列為基本的檢測之一。但是，對于金屬材料在高溫下的一些性能指標(biāo)的獲得往往又比在常溫下復(fù)雜的多，特別是金屬在高溫下的硬度更是難以測得，高溫下測金屬硬度一直是一個備受關(guān)注的問題。據(jù)資料記載，高溫硬度的測定始于1905年。當(dāng)時的高溫硬度是在布氏硬度計上測得的。目前，高溫硬度檢測通常采用三種方法壓印法、一端平壓法和相互壓入法。也誕生了多種高溫硬度計，如日本AKASHI SE ISAKUSH0公司生產(chǎn)的HVK-HF型高溫硬度計(見參考文獻(xiàn)游學(xué)見.金屬高溫硬度測量裝置[J].試驗機與材料試驗，1986(6):39-40)。但這些測量方法和裝置在實際測量時很不方便，工件需放在抽成真空的加熱箱里面整體加熱，測硬度壓頭需整體伸進(jìn)加熱箱中去加載測量，由溫度控制裝置保持溫度恒定。這些硬度測量設(shè)備復(fù)雜，操作繁瑣，不能方便快捷地測出金屬在高溫下的硬度；測量設(shè)備體積大，價格昂貴，不適合在實際生產(chǎn)中廣泛的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種測量裝置簡單、操作便捷、測量效率高的基于通電加熱的高溫硬度測量方法。本發(fā)明所述的該基于通電加熱的高溫硬度測量方法，包括以下步驟I)備好硬度計、可調(diào)直流穩(wěn)壓電源、2根加熱電極和溫度傳感器；2)將待測金屬工件放在硬度計的測臺上并調(diào)整好位置，將2根加熱電極設(shè)于待測工件上，2根加熱電極通過導(dǎo)線與可調(diào)直流穩(wěn)壓電源連接，可調(diào)直流穩(wěn)壓電源的兩極與2根加熱電極以及位于2根加熱電極之間的待測金屬工件材料構(gòu)成回路，溫度傳感器設(shè)于待測金屬工件硬度待測點旁；3)啟動可調(diào)直流穩(wěn)壓電源，對待測金屬工件通電加熱；4)當(dāng)溫度傳感器所測溫度達(dá)到所需溫度值時，開始測量待測金屬工件硬度；5)記錄硬度測量數(shù)據(jù)，如需測量多個溫度值下的待測金屬工件硬度，重復(fù)步驟4)和5)；6)關(guān)閉可調(diào)直流穩(wěn)壓電源。在步驟I)中，所述溫度傳感器可采用熱電偶或紅外測溫儀；所述硬度計的壓頭可選用金剛石壓頭或藍(lán)寶石壓頭，當(dāng)測量溫度不大于800°C時選用金剛石壓頭，當(dāng)測量溫度大于800°C，小于1300°C時選用藍(lán)寶石壓頭；所述可調(diào)直流穩(wěn)壓電源的工作參數(shù)最好為電壓不大于5V,電流不大于400A ;所述加熱電極最好為石墨電極。在步驟2)中，所述2根加熱電極最好設(shè)于待測金屬工件的待測硬度點旁。本發(fā)明的工作原理如下在給待測金屬工件工件通電加熱時，由于可調(diào)直流穩(wěn)壓電源的兩極與2根加熱電極相連并與待測金屬工件材料構(gòu)成回路，而且可通過可調(diào)直流穩(wěn)壓電源給回路施以低壓大電流，這樣可使2根加熱電極電極附近的材料產(chǎn)生焦耳熱，進(jìn)而使待測金屬工件材料溫度升高。2根加熱電極與待測金屬工件接觸點之間電流密度最大，而且接觸電阻比金屬本身的電阻大得多，所以發(fā)熱得最厲害，而待測金屬工件的其它區(qū)域因為電阻小、電流小，幾乎不產(chǎn)生焦耳熱，無需采取任何絕緣措施。接觸點處的溫度情況可作如下估算Δ Θ = η I2R式中，n為影響因素；I為加熱電流；R為加熱點接觸電阻；Δ Θ為接觸點溫度。上式說明，加熱溫度與加熱電流I和加熱點接觸電阻R成正比。因為加熱區(qū)的接觸電阻，僅為毫歐姆數(shù)量級，為了得到足夠的加熱溫度，加熱電流要達(dá)到幾百安培。又因為是通以低壓的電流，電壓一般可在5V左右，實驗操作人員可徒手操作。通過多次試驗驗證，該測量方法確實能夠快速高效的測得高溫下金屬材料的硬度。由于本發(fā)明所述測量方法的加載和測得硬度的過程都是在工件持續(xù)通電加熱的狀態(tài)下進(jìn)行的，不需要將工件冷卻再測定硬度壓痕，也不需要斷電后再放在硬度計的測臺上測硬度。因此，可以使工件上某點保持在一個固定溫度下測硬度值，這樣可大大簡化測量過程。在高溫下測硬度的壓頭跟常溫下用的相同，都是金剛石圓錐壓頭。但是，當(dāng)金剛石壓頭打壓在加熱后的高溫被測材料上時，要是溫度過高就容易造成碎裂。在空氣中，約800°C就會引起金剛石的氧化失重(參見文獻(xiàn)王適.金剛石熱穩(wěn)定性及其刀具受熱損傷的研究[D].大連大連理工大學(xué)，2003.)，而且容易石墨化。所以，當(dāng)溫度高于800°C時，必須選擇其他壓頭材料。常用作高溫硬度計的壓頭有金剛石和藍(lán)寶石壓頭(參見文獻(xiàn)朱國珍.高溫硬度試驗法及其在汽車材料研究中的應(yīng)用[AL中國機械工程學(xué)會理化檢驗分會.全國材料理化測試與產(chǎn)品質(zhì)量控制學(xué)術(shù)研討會論文集(物理測試部分)[C].北京化學(xué)工業(yè)出版社，2002:207-209)。一般來說，在試驗溫度不超過800°C時選用金剛石壓頭，而當(dāng)溫度超過800°C，又低于1300°C的時候選用藍(lán)寶石壓頭(參見文獻(xiàn)金志云.藍(lán)寶石改色的原理及方法[J]·地質(zhì)科技情報，1988,7(4) : 35-41)。本發(fā)明具有如下突出優(yōu)點I.加熱裝置簡單，溫度控制靈活、可靠(調(diào)節(jié)電流大小即可)。只需要一個能提供小電壓、大電流、功率2千瓦左右的直流電源(如采用DYT-15V400A型可調(diào)直流穩(wěn)壓恒流電源)，還有2根能承受高溫的加熱電極即可，不需要放在真空加熱箱里加熱。2.操作方便快捷，大大提高了高溫測硬度的效率，為實際生產(chǎn)需要提供了有利條件。3.整套設(shè)備及工藝成本低，適于在實際加工生產(chǎn)中普及。4.因為是局部通電加熱，發(fā)熱點就在加熱電極與待測工件表面接觸的地方，所以對硬度計影響不大。而且，通電電壓很小，操作人員可徒手操作，沒有危險。5. 一般金屬在高溫下容易氧化，生成絕緣的氧化膜，易使通電電路斷開，采用石墨棒作為加熱電極，可有效解決該問題。


圖I為本發(fā)明所述基于通電加熱的高溫硬度測量方法所采用的測量設(shè)備實施例示意圖。
具體實施例方式參見圖1，本發(fā)明實施例所述基于通電加熱的高溫硬度測量方法，包括以下步驟I)備好硬度計(硬度計包括硬度計測臺I、硬度計壓頭4等)、可調(diào)直流穩(wěn)壓電源2、2根加熱電極3、溫度傳感器(熱電偶)5以及待測金屬工件6 ;所述溫度傳感器5也可紅外測溫儀；所述硬度計的壓頭可選用金剛石壓頭或藍(lán)寶石壓頭，當(dāng)測量溫度不大于800°C時選用金剛石壓頭，當(dāng)測量溫度大于800°C、小于1300°C時選用藍(lán)寶石壓頭。所述可調(diào)直流穩(wěn)壓電源的工作時的參數(shù)為電壓不大于5V，電流不大于400A。2)將待測金屬工件6放在硬度計測臺I上并調(diào)整好位置，將2根加熱電極3設(shè)于待測工件6上，2根加熱電極3通過導(dǎo)線與可調(diào)直流穩(wěn)壓電源2連接，可調(diào)直流穩(wěn)壓電源2的兩極與2根加熱電極3以及位于2根加熱電極之間的待測金屬工件材料構(gòu)成回路，溫度傳感器5設(shè)于待測金屬工件6硬度待測點旁；所述2根加熱電極3設(shè)于待測金屬工件6的待測硬度點的附近。3)啟動可調(diào)直流穩(wěn)壓電源2，對待測金屬工件6通電加熱。4)當(dāng)溫度傳感器5所測溫度達(dá)到所需溫度值時，開始測量待測金屬工件6硬度。5)記錄硬度測量數(shù)據(jù)，如需測量多個溫度值下的待測金屬工件6的硬度，重復(fù)步驟4)和5)。6)關(guān)閉可調(diào)直流穩(wěn)壓電源2。采用本發(fā)明實施例所述基于通電加熱的高溫硬度測量方法，在HR-150A型硬度計上測量了淬火后的TlOA工具鋼和Crl2模具鋼的硬度，發(fā)現(xiàn)其硬度隨溫度升高而下降顯著。也測量了高溫合金GH2132的硬度，發(fā)現(xiàn)其硬度在600°C以下幾乎不變。以上三塊材料的測量結(jié)果與理論上的材料性能基本一致，由此可見，本發(fā)明實施例是切實可行的。
權(quán)利要求
1.基于通電加熱的高溫硬度測量方法，其特征在于包括以下步驟O備好硬度計、可調(diào)直流穩(wěn)壓電源、2根加熱電極和溫度傳感器；2)將待測金屬工件放在硬度計的測臺上并調(diào)整好位置，將2根加熱電極設(shè)于待測金屬工件上，2根加熱電極通過導(dǎo)線與可調(diào)直流穩(wěn)壓電源連接，可調(diào)直流穩(wěn)壓電源的兩極與2根加熱電極以及位于2根加熱電極之間的待測金屬工件材料構(gòu)成回路，溫度傳感器設(shè)于待測金屬工件硬度待測點旁；3)啟動可調(diào)直流穩(wěn)壓電源，對待測金屬工件通電加熱；4)當(dāng)溫度傳感器所測溫度達(dá)到所需溫度值時，開始測量待測金屬工件硬度；5)記錄硬度測量數(shù)據(jù)，如需測量多個溫度值下的待測金屬工件硬度，重復(fù)步驟4)和5)；6)關(guān)閉可調(diào)直流穩(wěn)壓電源。
2.如權(quán)利要求I所述的基于通電加熱的高溫硬度測量方法，其特征在于在步驟I)中，所述溫度傳感器采用熱電偶或紅外測溫儀。
3.如權(quán)利要求I所述的基于通電加熱的高溫硬度測量方法，其特征在于在步驟I)中，所述硬度計的壓頭選用金剛石壓頭或藍(lán)寶石壓頭，當(dāng)測量溫度不大于800°C時選用金剛石壓頭，當(dāng)測量溫度大于800°C、小于1300°C時選用藍(lán)寶石壓頭。
4.如權(quán)利要求I所述的基于通電加熱的高溫硬度測量方法，其特征在于在步驟2)中，所述2根加熱電極設(shè)于待測金屬工件的待測硬度點的附近。
5.如權(quán)利要求I所述的基于通電加熱的高溫硬度測量方法，其特征在于所述加熱電極為石墨電極。
全文摘要
基于通電加熱的高溫硬度測量方法，涉及金屬材料硬度測量方法。1)備好硬度計、可調(diào)直流穩(wěn)壓電源、2根加熱電極和溫度傳感器；2)將待測金屬工件放在硬度計的測臺上并調(diào)整好位置，將2根加熱電極設(shè)于待測工件上，2根加熱電極通過導(dǎo)線與可調(diào)直流穩(wěn)壓電源連接，可調(diào)直流穩(wěn)壓電源的兩極與2根加熱電極以及位于2根加熱電極之間的待測金屬工件材料構(gòu)成回路，溫度傳感器設(shè)于待測金屬工件硬度待測點旁；3)啟動可調(diào)直流穩(wěn)壓電源，對待測金屬工件通電加熱；4)當(dāng)溫度傳感器所測溫度達(dá)到所需溫度值時，開始測量待測金屬工件硬度；5)記錄硬度測量數(shù)據(jù)，如需測量多個溫度值下的待測金屬工件硬度，重復(fù)步驟4)和5)；6)關(guān)閉可調(diào)直流穩(wěn)壓電源。
文檔編號G01N3/54GK102944490SQ20121050170
公開日2013年2月27日 申請日期2012年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月29日
發(fā)明者王希, 吳林濤, 周竟, 陳玉財 申請人:廈門大學(xué)