本發(fā)明涉及一種抗熱震性能測(cè)試裝置及方法，屬于金屬材料熱處理工藝技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

在冶金、水泥、發(fā)電等領(lǐng)域，金屬材料除了在磨損工況下工作的零部件（如襯板、錘頭等）以外，還有一些零部件（如冶金用導(dǎo)板等）不僅需要承受高強(qiáng)度的磨損，還需面對(duì)外界激冷激熱的服役條件。為了滿足安全服役要求，不僅需要材料具有較高的抗磨性，還應(yīng)具備一定的抗熱疲勞性能，零部件經(jīng)受多次重復(fù)加熱和冷卻的循環(huán)溫度變化，材料內(nèi)部承受交變的熱應(yīng)力，同時(shí)伴隨著彈塑性變形的循環(huán)，由此引起塑性變形逐漸積累損傷，最后導(dǎo)致斷裂。

研究金屬材料服役條件對(duì)材料性能的影響時(shí)，很多復(fù)合材料（例如陶瓷顆粒增強(qiáng)金屬基表面復(fù)合材料）需在激冷激熱工況下服役，在基材與復(fù)合層之間存在的熱物理性能不匹配的問(wèn)題，使得材料的熱震性能不佳，限制了其在冶金機(jī)械等領(lǐng)域的推廣應(yīng)用。為保證復(fù)合材料服役的可靠性，關(guān)于熱疲勞研究是非常必要的，因此在復(fù)合材料研發(fā)過(guò)程中以及復(fù)合材料件在使用之前急需一種熱震裝置及方法，用于檢測(cè)復(fù)合材料的熱震性能，從而為擴(kuò)大復(fù)合材料的應(yīng)用范圍奠定實(shí)驗(yàn)和檢測(cè)基礎(chǔ)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種抗熱震性能測(cè)試裝置，包括加熱爐1、雙向傳送帶2、可調(diào)向電機(jī)3、提升裝置4、連接桿5、耐高溫網(wǎng)狀承載臺(tái)6、噴水裝置7、冷卻水箱8、進(jìn)水口9、出水口10、PLC控制箱11、噴氣裝置12，雙向傳送帶2的一端與加熱爐1出口正對(duì)，另一端位于冷卻水箱8的上方，雙向傳送帶2與可調(diào)向電機(jī)3連接；耐高溫網(wǎng)狀承載臺(tái)6通過(guò)連接桿5與提升裝置4連接，在提升裝置4的作用下耐高溫網(wǎng)狀承載臺(tái)6可以在冷卻水箱8內(nèi)上下移動(dòng)，冷卻水箱8上設(shè)有進(jìn)水口9、出水口10、噴水裝置7、噴氣裝置12；可調(diào)向電機(jī)3、提升裝置4、噴水裝置7和噴氣裝置12分別與PLC控制箱11相連。

優(yōu)選的，本發(fā)明所述提升裝置4包括雙作用液壓缸41、四桿機(jī)構(gòu)，鎖緊連接桿機(jī)構(gòu)46，其中四桿機(jī)構(gòu)由主動(dòng)連桿42、網(wǎng)狀承載臺(tái)提升桿43、從動(dòng)連桿45和連架桿44組成，鎖緊連接桿機(jī)構(gòu)46設(shè)置在提升裝置4頂部，網(wǎng)狀承載臺(tái)提升桿43與連接桿5連接，主動(dòng)連桿42與雙作用液壓缸41的液壓桿連接，從動(dòng)連桿45和連架桿44的鉸接點(diǎn)設(shè)置在雙作用液壓缸41上；所述的鎖緊連接桿機(jī)構(gòu)46與連接桿5在最高點(diǎn)接、送表層復(fù)合材料板材時(shí)相接觸時(shí)，鎖緊連接桿機(jī)構(gòu)46鎖緊連接桿5。

優(yōu)選的，本發(fā)明所述冷卻水箱8的四個(gè)側(cè)面上均設(shè)有噴水裝置7和噴氣裝置12，噴水裝置7和噴氣裝置12位于同一高度。

優(yōu)選的，本發(fā)明所述冷卻水箱8上的進(jìn)水口9、出水口10分別設(shè)置在水箱的二個(gè)對(duì)面上，出水口10的位置低于進(jìn)水口9，且水箱中進(jìn)水口與出水口同時(shí)進(jìn)行工作，保證材料在兩次進(jìn)入冷卻介質(zhì)時(shí)溫度保持不變。

本發(fā)明的另一目的在于提供所述抗熱震性能測(cè)試裝置的使用方法，具體包括以下步驟：

（1）將表層復(fù)合材料在加熱爐中進(jìn)行固溶處理，并對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行保溫（使整個(gè)試件的溫度保持恒定），處理溫度根據(jù)實(shí)際的工況外界條件的溫度確定。

（2）將耐高溫網(wǎng)狀承載臺(tái)提升到與傳送帶同一水平面，并且把連接桿進(jìn)行鎖緊，此時(shí)將步驟（1）得到的固溶處理溫度均一的復(fù)合材料送到雙向傳送帶上，經(jīng)過(guò)雙向傳送帶把板材傳送到耐高溫網(wǎng)狀承載臺(tái)上，同時(shí)保證復(fù)合材料的復(fù)合層向下。

（3）通過(guò)提升裝置和連接桿使耐高溫網(wǎng)狀承載臺(tái)上的復(fù)合材料在水箱內(nèi)向下運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)到可以進(jìn)行端面淬火處理的位置停止運(yùn)動(dòng)，處理完成后（處理時(shí)間根據(jù)時(shí)間需要決定，一般只需要使材料溫度降到20-50℃即可），提升裝置和連接桿使耐高溫網(wǎng)狀承載臺(tái)向上運(yùn)動(dòng)，再將表層復(fù)合材料傳送入加熱爐中，循環(huán)5-20次此過(guò)程，其中，可調(diào)向電機(jī)變向、提升裝置的工作和噴水噴氣過(guò)程，均由PLC控制，控制方法為常規(guī)方法。

本發(fā)明所述端面淬火處理包括噴水處理、噴氣處理、冷卻介質(zhì)接觸三種方式中的一種或多種。根據(jù)實(shí)際需要，可以只對(duì)表層復(fù)合材料進(jìn)行噴水處理、噴氣處理、冷卻介質(zhì)接觸，然后送入加熱爐中進(jìn)行加熱；也可以先進(jìn)行噴水處理或噴氣處理，然后與冷卻介質(zhì)接觸，最后送入加熱爐中。

將本發(fā)明所述抗熱震性能測(cè)試裝置用于測(cè)試陶瓷顆粒增強(qiáng)金屬基表層復(fù)合材料的抗熱震性能。

本發(fā)明所述抗熱震性能測(cè)試裝置及方法不僅僅可以運(yùn)用在陶瓷顆粒增強(qiáng)金屬基表層復(fù)合材料，還可應(yīng)用于其他一些金屬材料（例如襯板、冶金用導(dǎo)板（導(dǎo)衛(wèi)板）、錘頭等）的抗熱震性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)。

本發(fā)明所述可調(diào)向電機(jī)既可以正向轉(zhuǎn)，也可以反向轉(zhuǎn)；熱震冷卻介質(zhì)為常規(guī)介質(zhì)例如鹽水、水和油等等。

本發(fā)明的有益效果

（1）本發(fā)明所述裝置設(shè)計(jì)了進(jìn)水口和出水口，保證了水箱中的冷卻介質(zhì)在熱震過(guò)程中的溫度保持不變，確保熱震后材料的裂紋清晰明顯、方便后期金相實(shí)驗(yàn)觀察。

（2）本發(fā)明設(shè)計(jì)的提升鎖緊機(jī)構(gòu)保證了試驗(yàn)安全可靠，實(shí)現(xiàn)了表層復(fù)合材料板材從上往下連續(xù)模擬不同方式的冷卻工況，不僅僅提高了實(shí)驗(yàn)測(cè)試效率，而且提高了熱震效果的充分性和穩(wěn)定性。

（3）本發(fā)明所用熱震冷卻介質(zhì)可為鹽水、水和油，根據(jù)試驗(yàn)要求多方面選擇，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于應(yīng)用。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明所述抗熱震性能測(cè)試裝置立體圖；

圖2是本發(fā)明所述抗熱震性能測(cè)試裝置俯視圖；

圖3是本發(fā)明所述抗熱震性能測(cè)試裝置局部主視圖；

圖4是本發(fā)明所述抗熱震性能測(cè)試裝置提升裝置示意圖；

圖5是實(shí)施例1~3中表層復(fù)合材料熱震前的SEM圖；

圖6是實(shí)施例1表層復(fù)合材料熱震5次的SEM圖；

圖7是實(shí)施例2表層復(fù)合材料熱震10次的SEM圖；

圖8是實(shí)施例3表層復(fù)合材料熱震20次的SEM圖。

圖中：1-加熱爐；2-雙向傳送帶；3-可調(diào)向電機(jī)；4-提升裝置；5-連接桿，6-耐高溫網(wǎng)狀承載臺(tái)，7-噴水裝置，8-冷卻水箱，9-進(jìn)水口，10-出水口，11-PLC控制箱；12-噴氣裝置；41-雙作用液壓缸；42-主動(dòng)連桿；43-網(wǎng)狀承載臺(tái)提升桿；44-連架桿；45-從動(dòng)連桿；46-鎖緊連接桿機(jī)構(gòu)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于所述內(nèi)容。

本發(fā)明實(shí)施例1~3所用裝置如圖1~4所示，一種抗熱震性能測(cè)試裝置包括加熱爐1、雙向傳送帶2、可調(diào)向電機(jī)3、提升裝置4、連接桿5、耐高溫網(wǎng)狀承載臺(tái)6、噴水裝置7、冷卻水箱8、進(jìn)水口9、出水口10、PLC控制箱11、噴氣裝置12，雙向傳送帶2的一端與加熱爐1出口正對(duì)，另一端位于冷卻水箱8的上方，雙向傳送帶2與可調(diào)向電機(jī)3連接；耐高溫網(wǎng)狀承載臺(tái)6通過(guò)連接桿5與提升裝置4連接，在提升裝置4的作用下耐高溫網(wǎng)狀承載臺(tái)6可以在冷卻水箱8內(nèi)上下移動(dòng)，冷卻水箱8上設(shè)有進(jìn)水口9、出水口10、噴水裝置7、噴氣裝置12；可調(diào)向電機(jī)3、提升裝置4、噴水裝置7和噴氣裝置12分別與PLC控制箱11相連。

本實(shí)施例所述提升裝置4包括雙作用液壓缸41、四桿機(jī)構(gòu)，鎖緊連接桿機(jī)構(gòu)46，其中四桿機(jī)構(gòu)由主動(dòng)連桿42、網(wǎng)狀承載臺(tái)提升桿43、從動(dòng)連桿45和連架桿44組成，鎖緊連接桿機(jī)構(gòu)46設(shè)置在提升裝置4頂部，網(wǎng)狀承載臺(tái)提升桿43與連接桿5連接，主動(dòng)連桿42與雙作用液壓缸41的液壓桿連接，從動(dòng)連桿45和連架桿44的鉸接點(diǎn)設(shè)置在雙作用液壓缸41上；所述的鎖緊連接桿機(jī)構(gòu)46與連接桿5在最高點(diǎn)接、送表層復(fù)合材料板材時(shí)相接觸時(shí)，鎖緊連接桿機(jī)構(gòu)46鎖緊連接桿5。

提升裝置4的工作原理：由PLC控制雙作用液壓缸（圖4）的液壓桿伸出，推動(dòng)主動(dòng)桿42的A端向下運(yùn)動(dòng)，由于杠桿作用，使網(wǎng)狀承載臺(tái)提升桿43帶著耐高溫網(wǎng)狀承載臺(tái)6和連接桿5向上運(yùn)動(dòng)，直到連接桿5抵到鎖緊連接桿機(jī)構(gòu)46，鎖緊連接桿機(jī)構(gòu)46鎖緊承載臺(tái)，此時(shí)承載臺(tái)與雙向傳送帶保持水平。

本實(shí)施例所述冷卻水箱8的四個(gè)側(cè)面上均設(shè)有噴水裝置7和噴氣裝置12，噴水裝置7和噴氣裝置12位于同一高度。

本實(shí)施例所述冷卻水箱8上的進(jìn)水口9、出水口10分別設(shè)置在水箱的二個(gè)對(duì)面上，出水口10的位置低于進(jìn)水口9，且水箱中進(jìn)水口與出水口同時(shí)進(jìn)行工作，保證材料在兩次進(jìn)入冷卻介質(zhì)時(shí)溫度保持不變。

本發(fā)明實(shí)施例1~3以碳化鎢陶瓷顆粒增強(qiáng)鋼鐵基表層復(fù)合材料（該材料工作條件非常復(fù)雜、激冷激熱條件下容易出現(xiàn)熱裂紋，使得材料發(fā)生裂紋斷裂失效等問(wèn)題）為研究對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行循環(huán)熱震實(shí)驗(yàn)測(cè)試，模擬了碳化鎢陶瓷顆粒增強(qiáng)鋼鐵基表層復(fù)合材料在實(shí)際高溫條件下作業(yè)，且循環(huán)的利用噴水、噴氣和與冷卻介質(zhì)接觸等方式冷卻，這樣激冷激熱的工況條件。

具體實(shí)施方式一

（1）將碳化鎢陶瓷顆粒增強(qiáng)鋼鐵基表層復(fù)合材料板材在加熱爐中進(jìn)行固溶處理，并對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行保溫（500℃下保溫30min使整個(gè)試件的溫度保持恒定）；

（2）將耐高溫網(wǎng)狀承載臺(tái)提升到與傳送帶同一水平面，并且把連接桿進(jìn)行鎖緊，此時(shí)將步驟（1）得到的固溶處理溫度均一的復(fù)合材料送到雙向傳送帶上，經(jīng)過(guò)雙向傳送帶把板材傳送到耐高溫網(wǎng)狀承載臺(tái)上，同時(shí)保證復(fù)合材料的復(fù)合層向下；

（3）PLC控制雙作用液壓缸使耐高溫網(wǎng)狀承載臺(tái)6上復(fù)合材料在水箱內(nèi)向下運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)到噴水裝置7的上方，此時(shí)停止運(yùn)動(dòng)，開(kāi)啟四個(gè)噴水裝置，使復(fù)合材料的復(fù)合層一面進(jìn)行噴水處理（15min），結(jié)束后，關(guān)閉噴水裝置，然后由PLC控制雙作用液壓缸將耐高溫網(wǎng)狀承載臺(tái)上的表層復(fù)合材料板材向上運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)，鎖緊連接桿和承載臺(tái)，再將表層復(fù)合材料傳送入加熱爐中，進(jìn)行固溶處理，如此進(jìn)行5次循環(huán)，即對(duì)表層復(fù)合材料完成5次熱震實(shí)驗(yàn)，將得到陶瓷顆粒增強(qiáng)金屬基表層復(fù)合材料進(jìn)行磨金相等處理，觀察其經(jīng)過(guò)5次熱震后的生成的熱裂紋現(xiàn)象，如圖6所示，可以觀察到當(dāng)熱震5次后，碳化鎢陶瓷顆粒增強(qiáng)鋼鐵基表層復(fù)合材料內(nèi)部開(kāi)始出現(xiàn)裂紋，且裂紋首先發(fā)生在復(fù)合層與基材的宏觀界面處，材料開(kāi)始失效。

具體實(shí)施方式二

（1）將碳化鎢陶瓷顆粒增強(qiáng)鋼鐵基表層復(fù)合材料板材在加熱爐中進(jìn)行固溶處理，并對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行保溫（500℃下保溫30min使整個(gè)試件的溫度保持恒定）；

（2）將耐高溫網(wǎng)狀承載臺(tái)提升到與傳送帶同一水平面，并且把連接桿進(jìn)行鎖緊，此時(shí)將步驟（1）得到的固溶處理溫度均一的復(fù)合材料送到雙向傳送帶上，經(jīng)過(guò)雙向傳送帶把板材傳送到耐高溫網(wǎng)狀承載臺(tái)上，同時(shí)保證復(fù)合材料的復(fù)合層向下；

（3）PLC控制雙作用液壓缸使耐高溫網(wǎng)狀承載臺(tái)6上復(fù)合材料在水箱內(nèi)向下運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)到噴氣裝置12的上方，此時(shí)停止運(yùn)動(dòng)，開(kāi)啟四個(gè)噴氣裝置，使復(fù)合材料的復(fù)合層一面進(jìn)行噴氣處理（20min），結(jié)束后，關(guān)閉噴氣裝置，然后由PLC控制雙作用液壓缸將耐高溫網(wǎng)狀承載臺(tái)上的表層復(fù)合材料板材向上運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)，鎖緊連接桿和承載臺(tái)，再將表層復(fù)合材料傳送入加熱爐中，進(jìn)行固溶處理，如此進(jìn)行10次循環(huán)，即對(duì)表層復(fù)合材料完成10次熱震實(shí)驗(yàn)，將得到陶瓷顆粒增強(qiáng)金屬基表層復(fù)合材料進(jìn)行磨金相等處理，觀察其經(jīng)過(guò)10次熱震后的生成的熱裂紋現(xiàn)象，如圖7所示，可以觀察到當(dāng)熱震10次后，碳化鎢陶瓷顆粒增強(qiáng)鋼鐵基表層復(fù)合材料內(nèi)部宏觀界面處的主裂紋開(kāi)始擴(kuò)展沿橫向連接在一起，由主裂紋生成的次裂紋沿縱向向復(fù)合層與基材兩邊開(kāi)始擴(kuò)展。

具體實(shí)施方式三

（1）將碳化鎢陶瓷顆粒增強(qiáng)鋼鐵基表層復(fù)合材料板材在加熱爐中進(jìn)行固溶處理，并對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行保溫（500℃下保溫30min使整個(gè)試件的溫度保持恒定）；

（2）將耐高溫網(wǎng)狀承載臺(tái)提升到與傳送帶同一水平面，并且把連接桿進(jìn)行鎖緊，此時(shí)將步驟（1）得到的固溶處理溫度均一的復(fù)合材料送到雙向傳送帶上，經(jīng)過(guò)雙向傳送帶把板材傳送到耐高溫網(wǎng)狀承載臺(tái)上，同時(shí)保證復(fù)合材料的復(fù)合層向下；

（3）PLC控制雙作用液壓缸使耐高溫網(wǎng)狀承載臺(tái)6上復(fù)合材料在水箱內(nèi)向下運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)到運(yùn)動(dòng)到表層復(fù)合材料板材的復(fù)合層接觸到水箱中冷卻水（接觸10min），然后由PLC控制雙作用液壓缸將耐高溫網(wǎng)狀承載臺(tái)上的表層復(fù)合材料板材向上運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)，鎖緊連接桿和承載臺(tái)，再將表層復(fù)合材料傳送入加熱爐中，進(jìn)行固溶處理，如此進(jìn)行20次循環(huán)，即對(duì)表層復(fù)合材料完成20次熱震實(shí)驗(yàn)，將得到陶瓷顆粒增強(qiáng)金屬基表層復(fù)合材料進(jìn)行磨金相等處理，觀察其經(jīng)過(guò)20次熱震后的生成的熱裂紋現(xiàn)象，如圖8所示，可以觀察到當(dāng)熱震20次后，不論碳化鎢陶瓷顆粒增強(qiáng)鋼鐵基表層復(fù)合材料內(nèi)部宏觀界面處的主裂紋，還是生成的次裂紋都進(jìn)一步擴(kuò)展，裂紋寬度明顯增加，材料已經(jīng)徹底失效。