專利名稱：鋼的熱疲勞性能測(cè)試和分析方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋼的熱疲勞性能測(cè)試和分析方法，屬金屬材料性能測(cè)試和分析領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
熱疲勞是指金屬材料在冷熱循環(huán)交替作用下，表面會(huì)形成網(wǎng)狀裂紋的現(xiàn)象。熱疲 勞是熱作模具鋼失效的主要原因之一。
目前關(guān)于熱作模具鋼熱疲勞性能的評(píng)定主要是對(duì)照Uddeholm熱疲勞評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)圖 譜。這種評(píng)定方式由于是圖片的人工對(duì)照，因此結(jié)果是不精確的，人為引起的誤差很 大。此外，雖然現(xiàn)在也有研究人員用疲勞后裂紋的長度來評(píng)定熱疲勞性能的好壞，但 是這種方法所考慮的范圍過窄，沒有考慮到裂紋的形態(tài)、分布情況等因素，因此所得 結(jié)論存在著一定的爭(zhēng)議性。
目前國內(nèi)熱疲勞的測(cè)試裝置主要有電爐傍熱式自約束型熱疲勞試驗(yàn)裝置和電阻 爐加熱自約束熱疲勞試驗(yàn)機(jī)。這兩種測(cè)試裝置的缺點(diǎn)是加熱和冷卻的速度較慢，且是 將試樣移動(dòng)到冷卻介質(zhì)中進(jìn)行冷卻。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服傳統(tǒng)熱疲勞性能測(cè)試和分析中的一些缺陷，提供一種鋼的熱 疲勞性能測(cè)試和分析方法，真實(shí)地模擬實(shí)際生產(chǎn)中材料的熱疲勞條件，并由計(jì)算機(jī)對(duì) 裂紋圖象進(jìn)行系統(tǒng)性的定量化研究和分析。
為達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明的構(gòu)思是
在本發(fā)明中所采用的熱疲勞性能測(cè)試裝置(見附圖1)是采用的感應(yīng)加熱和循環(huán) 水噴淋冷卻，可以在幾秒內(nèi)加熱到所需溫度,且可以較好地保證溫度的均勻性，然后 迅速冷卻到室溫，整個(gè)過程中試樣的位置不變，這些特點(diǎn)彌補(bǔ)了采用其它方式加熱和 冷卻時(shí)的缺點(diǎn)，真實(shí)地模擬了實(shí)際生產(chǎn)時(shí)的情況。
為了實(shí)現(xiàn)對(duì)熱疲勞性能的定量化評(píng)定，2001年，上海大學(xué)材料學(xué)院吳曉春教授
等人首次提出用熱疲勞損傷因子，隨后，該因子進(jìn)行了數(shù)次的修訂，截止到目前為止， 雖然這種評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)還存在有一定的缺點(diǎn)，但是其概念已經(jīng)為人們所接受。本發(fā)明在這 種評(píng)定方法的基礎(chǔ)上開發(fā)完成了一套熱疲勞裂紋圖象分析系統(tǒng)，借助于計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn) 行疲勞裂紋的定量化研究和分析。
根據(jù)上述的發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案
一種鋼的熱疲勞性能測(cè)試和分析方法，其特征在于具有以下工藝過程和步驟
a. 首先進(jìn)行試樣的加工(見附圖2)，然后將試樣的兩個(gè)側(cè)平面研磨到拋光態(tài)，并 將其中 一個(gè)平面用熱電偶連接到控溫設(shè)備以控制試樣的最高加熱溫度；
b. 將試樣放于熱疲勞試驗(yàn)機(jī)中的感應(yīng)線圈中心位置；檢査冷卻裝置；
c. 進(jìn)行熱處理過程控制器的設(shè)置設(shè)置加熱時(shí)間；設(shè)置加熱停頓時(shí)間；設(shè)置冷 卻時(shí)間；設(shè)置冷卻停頓時(shí)間；同時(shí)設(shè)置固態(tài)繼電器參數(shù)，以控制最高加熱溫 度；
d. 進(jìn)行熱疲勞試驗(yàn)；
e. 熱疲勞試驗(yàn)結(jié)束后，進(jìn)行酸洗，以去除表面氧化皮。用連續(xù)變倍體視顯微鏡 進(jìn)行表面裂紋的拍照；
f. 將試樣沿裂紋最密集處橫向剖開，將截面研磨，拋光，用連續(xù)變倍體視顯微 鏡進(jìn)行截面裂紋的拍照；
g. 將所拍照片導(dǎo)入計(jì)算機(jī)中，用熱疲勞裂紋圖象分析系統(tǒng)(系統(tǒng)框圖見附圖3) 進(jìn)行裂紋的定量化分析。
上述的控溫設(shè)備采用固態(tài)繼電器和熱處理過程控制器模擬、控制熱作模具鋼發(fā)生 熱疲勞的實(shí)際工作條件。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見的突出實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著優(yōu)點(diǎn)
(1) 本發(fā)明采用固態(tài)繼電器和熱處理過程控制器，采用了感應(yīng)加熱方式快速加熱 和循環(huán)冷卻水冷卻，真實(shí)地模擬了實(shí)際生產(chǎn)中材料發(fā)生熱疲勞的工作條件。
(2) 本發(fā)明采用了計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行裂紋圖象的系統(tǒng)處理，與傳統(tǒng)的分析方法相 比，它避免了人工評(píng)定的誤差，同時(shí)綜合考慮了裂紋的分布、形態(tài)、深度等各方面的 因素，使得所得結(jié)果更加接近實(shí)際。


圖1是本發(fā)明采用的熱疲勞試驗(yàn)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是熱疲勞試樣結(jié)構(gòu)圖(圖中圖(a)為主視圖，圖(b)為俯視圖，圖(c)為左視圖， 圖(d)為斜視圖)。
圖3是是熱疲勞裂紋圖象分析程序框圖。 圖4是SDH2鋼1020'C淬火的表面裂紋照片圖。 圖5是8407鋼1020'C淬火的表面裂紋照片圖。 圖6是SDH2鋼102(TC淬火的截面裂紋照片圖。 圖7是8407鋼1020'C淬火的截面裂紋照片圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例敘述于后
本實(shí)施例中采用了兩種不同成分的熱作模具鋼(SDH2和ASSAB8407)進(jìn)行試 驗(yàn)，兩組試樣的冶煉條件一樣，隨后都在102(TC條件下進(jìn)行了淬火，通過回火將硬 度都調(diào)整到48 49HRC。
本實(shí)施例的熱疲勞性能測(cè)試和分析系統(tǒng)的使用步驟如下
1. 、首先在熱疲勞試驗(yàn)之前，將試樣按照要求加工好，將表面研磨到拋光態(tài)(見 圖2)。
2. 、進(jìn)行熱疲勞試驗(yàn)(見圖1)。固態(tài)繼電器(XMT62X系列智能自整定PID工 業(yè)調(diào)節(jié)儀)的設(shè)置為最高加熱溫度為70(TC，熱處理過程控制器的設(shè)置為冷卻時(shí)間為 7.5s。在冷熱交替循環(huán)3000次以后，將試樣取出，酸洗，去除氧化皮；在連續(xù)變倍 體視顯微鏡下對(duì)表面裂紋進(jìn)行拍照(見圖4和圖5)。
3、 將熱疲勞試樣沿截面剖開，研磨，拋光，然后對(duì)截面裂紋進(jìn)行拍照(見圖6 和圖7)。
4、 將裂紋照片導(dǎo)入計(jì)算機(jī)，借助于熱疲勞裂紋圖象分析系統(tǒng)(見圖3)進(jìn)行裂 紋的定量化分析。
最后，經(jīng)過計(jì)算機(jī)分析，得到SDH2鋼和8407鋼的疲勞損傷因子分別為0.068608 和0.115卯8，這就說明SDH2鋼的熱疲勞性能要優(yōu)于8407鋼。
權(quán)利要求
1.一種鋼的熱疲勞性能測(cè)試和分析方法，其特征在于具有以下工藝過程和步驟a.將試樣加工成具有兩個(gè)側(cè)平面的形狀，并將其中一個(gè)面用熱電偶連接到控溫設(shè)備以控制試樣的最高加熱溫度；兩個(gè)面均研磨到拋光態(tài)；b.將試樣放置于熱疲勞試驗(yàn)機(jī)的感應(yīng)線圈中進(jìn)行加熱；采用循環(huán)冷卻水進(jìn)行冷卻；c.進(jìn)行控溫設(shè)備的設(shè)置設(shè)置最高加熱溫度；設(shè)置加熱停頓時(shí)間；設(shè)置冷卻時(shí)間；設(shè)置冷卻停頓時(shí)間；d.進(jìn)行熱疲勞試驗(yàn)；e.熱疲勞試驗(yàn)結(jié)束后，進(jìn)行酸洗，以去除表面氧化皮；用連續(xù)變倍體視顯微鏡進(jìn)行表面裂紋的拍照；f.將試樣沿裂紋最密集處橫向剖開，拋光，用連續(xù)變倍體視顯微鏡進(jìn)行截面裂紋的拍照；g.將所拍照片導(dǎo)入計(jì)算機(jī)中，用熱疲勞裂紋圖象分析系統(tǒng)進(jìn)行裂紋的定量化分析。
2. 如權(quán)利要求l所述的一種鋼的熱疲勞性能測(cè)試和分析方法，其特征在于所述的控 溫設(shè)備采用固態(tài)繼電器和熱處理過程控制器模擬、控制熱作模具鋼發(fā)生熱疲勞的 實(shí)際工作條件。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鋼的熱疲勞性能測(cè)試和分析方法，屬金屬材料性能測(cè)試和分析領(lǐng)域。本發(fā)明的特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了對(duì)熱疲勞性能的定量化研究和分析。本發(fā)明的特征在于具有以下工藝過程和步驟(1)將試樣加工成具有兩個(gè)側(cè)平面的形狀，并將其中一個(gè)面用熱電偶連接到控溫設(shè)備以控制試樣的最高加熱溫度；兩個(gè)面均研磨到拋光態(tài)，(2)將試樣放于熱疲勞試驗(yàn)機(jī)的感應(yīng)線圈中心位置；采用循環(huán)冷卻水進(jìn)行冷卻；設(shè)置最高加熱溫度；設(shè)置冷卻時(shí)間；熱疲勞試驗(yàn)結(jié)束后，進(jìn)行酸洗，以去除表面氧化皮；用連續(xù)變倍體視顯微鏡進(jìn)行表面裂紋的拍照；將試樣沿裂紋最密集處橫向剖開，研磨、拋光后用連續(xù)變倍體視顯微鏡進(jìn)行截面裂紋的拍照；(3)將所拍照片輸入計(jì)算機(jī)中，用熱疲勞裂紋圖像分析系統(tǒng)進(jìn)行裂紋的定量化分析。
文檔編號(hào)G01N21/88GK101105436SQ20071004276
公開日2008年1月16日 申請(qǐng)日期2007年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月26日
發(fā)明者吳曉春, 許珞萍, 謝豪杰, 閔永安 申請(qǐng)人:上海大學(xué)