專利名稱：表層脆性試驗機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬測試設(shè)備領(lǐng)域提高金屬構(gòu)件、工具、模具、刃具使用壽命的重要手段是對其表面進行強化處理。經(jīng)化學方法或物理方法處理后的金屬件，其耐磨性及使用壽命均可得到顯著提高。但經(jīng)表面強化處理后的表層在低負荷作用下的開裂失效問題即脆性問題乃是擴大應用范圍的主要障礙之一，而脆性的測定技術(shù)更是國內(nèi)外所關(guān)注的焦點。目前，用于滲硼表層脆性測定，國外常用砂輪研磨試驗機進行。如波蘭J·Tacikowskl在第十七屆國際熱處理會議上發(fā)表的論文《亞共析鋼硼化物層的脆性》中介紹了這種測定的新方法。按此方法，經(jīng)滲硼和熱處理的扁平試樣(尺寸為4×8×12毫米)，在嚴格規(guī)定的情況下，用一個已知結(jié)構(gòu)和粒度的砂輪磨削，這樣就導致試樣的邊緣產(chǎn)生剝落。剝落造成試樣邊緣高低不平，取其平均高度作為硼化物層脆性的量度，并用帶有標尺的立體顯微鏡測量。這種測量方法，其結(jié)果常受人為因素如對剝落深度的讀數(shù)誤差及非人為因素如砂輪的轉(zhuǎn)速是否恒定，切削量大小的控制及砂輪本身結(jié)構(gòu)精度的影響。也有采用三點彎曲聲發(fā)射法?！稘B硼層脆性及剝落探討》(河北工學院學報1979年第2期)指出該方法測得的是靜載荷下發(fā)生第一根裂紋的斷裂強度。這種方法雖然是一種定量的測試方法，但其物理意義并不明確。該法的試驗條件常與構(gòu)件的工作條件下的實際受力條件相差甚遠，其結(jié)果常與其它方法的測定結(jié)果具有相反的效應。滲氮層脆性檢驗借用維氏硬度計完成，主要根據(jù)維氏硬度壓碎裂邊數(shù)來分等級(中華人民共和國第一機械工業(yè)部部標準JB2849－80)該法所劃分的脆性級別比較粗糙，若壓痕處于同一級別，有時脆性開裂抗力水平并不一致。值得提出的是，對于大多數(shù)表面處理，目前尚無可供借用的脆性測試方法，如激光合金化、離子鍍層、氣象沉積、表面涂積及硬質(zhì)合金堆焊等，憑生產(chǎn)實際使用加以考核，而且在這幾種僅有的試驗方法中，互相之間缺乏對比性、通用性，檢驗精度差，不能定量。
本發(fā)明所公開的脆性檢測設(shè)備，獨特地表現(xiàn)為壓頭形式為球狀或圓錐狀，壓頭與待測表面直接接觸。當一定的負荷壓向待測金屬表面時，探測系統(tǒng)與記錄系統(tǒng)同時記錄表面處理層開裂時所承受的負荷及試樣在開裂時發(fā)生的變形，并以試樣表層發(fā)生開裂時所能承擔負荷的能力及所能承受的變形能力作為衡量其脆性開裂抗力的指標。
本發(fā)明工作原理可用圖3示意說明。該機由加載系統(tǒng)、信號探測系統(tǒng)(17)、數(shù)據(jù)記錄及處理系統(tǒng)(18)等三部分組成。加載系統(tǒng)為液壓或機械傳動式，也可借用已有的萬能材料試驗機完成加載工作。本機工作時，壓頭以逐漸增加的負荷壓于放置在工作臺面(9)上的試樣(16)表面，負荷達一定值時，試樣(或工件)處理表層將因力的作用或處理表層與基體變形的不協(xié)調(diào)性而發(fā)生開裂。伴隨著開裂時彈性應變能的釋放，在試樣中產(chǎn)生機械振動波。安裝于壓頭體上的探頭(10)，應力傳感器(14)及差動變壓器(8)(見

圖1、圖2中CWZ－03F)分別將開裂信號、力的信號及變形訊號送入信號探測系統(tǒng)，經(jīng)處理放大后送入數(shù)據(jù)記錄及處理系統(tǒng)記錄或顯示。由于壓頭的幾何形狀一定，則試樣表層開裂時的負荷及應力均可求出并以此作為衡量其脆性開裂抗力的指標。
試驗機加載系統(tǒng)原理圖1所示。若將壓頭體部分(圖中(10)～(14))取出并安置于萬能材料試驗機上，則加載部分的工作可由萬能材料試驗機完成，主機體可省略。
信號探測系統(tǒng)電路原理如圖2所示。試樣開裂信號由SIA端輸入經(jīng)甄別放大后由y2端輸出，差動變壓器CWZ－03F測定試驗過程中試樣的變形信號，經(jīng)放大后由位移輸出的X端輸出。4片350Ω應變片貼于壓頭彈性體上，構(gòu)成應力傳感器〔圖1(14)〕。負荷信號經(jīng)放大后由應力y1端輸出。開裂、變形及應力信號均輸入數(shù)字記錄及顯示系統(tǒng)(18)(圖3)。
數(shù)據(jù)記錄及顯示由TYPE3086－21型函數(shù)記錄儀完成，也可由數(shù)字顯示器直接顯示結(jié)果，還可配用微機實現(xiàn)數(shù)據(jù)自動處理及記錄。
在這種試驗機上對氮化、滲硼、滲硼層的激光共晶化處理的脆性試驗結(jié)果表明，與實際使用及預測比較吻合。結(jié)果示于表1。
本發(fā)明具有下列特點(1)測量的結(jié)果準確，由于測量的受力方式與大多數(shù)工件實際工作中受力情況近似，能反映構(gòu)件的實際應用中的脆性抗力水平。而且由于力、變形及開裂均是由電測方式進行，將人為誤差降低到最低限度甚至完全不受人為因素的影響。(2)通用性好，定量性好。本發(fā)明提供的是定量測試設(shè)備，而且試驗物理意義非常明確?？捎糜趲缀跏歉鞣N表面處理的表層脆性檢測。所以，不同方式的表面處理后其脆性水平可以進行對比，為工藝制度的選擇提供依據(jù)，而且為各種表面測試建立統(tǒng)一的脆性標準提供可能性。
圖1為表層脆性試驗機裝配圖。圖中(1)機體；(2)油管，它使來自油泵的壓力油進入油缸系統(tǒng)(4)，驅(qū)動液壓傳動加載系統(tǒng)，使活塞絲桿(5)沿絲桿導向套(6)完成試件加載工作。(8)差動變壓器CWZ－03F；(9)工作臺面；(10)探頭；(11)壓頭；(12)壓頭體；(13)壓頭固定螺母；(14)應力傳感器；(15)固定板；(16)試件。
圖2為信號檢測系統(tǒng)原理圖。
圖3為整機工作原理圖。圖中(9)工作臺面；(10)探頭；(11)壓頭；(12)壓頭體；(14)應力傳感器；(16)試件；(17)信號檢測系統(tǒng)；(18)數(shù)據(jù)記錄處理系統(tǒng)。
權(quán)利要求1.一種脆性試驗機由加載系統(tǒng)、探測系統(tǒng)及數(shù)據(jù)處理、顯示及記錄系統(tǒng)組成，其特征在于所述探測系統(tǒng)中壓頭(11)的形狀為球狀或圓錐狀，探頭(10)裝于壓頭(11)上，壓頭(11)與待測試樣(16)表面直接接觸。
專利摘要本實用新型公開一種脆性試驗機，它由加載系統(tǒng)、探測系統(tǒng)及數(shù)據(jù)處理、顯示及記錄系統(tǒng)組成。壓頭的形狀為球形或圓錐狀。這種脆性試驗機測量結(jié)果準確，通用性好?？捎糜趲缀跏歉鞣N表面處理件的表層脆性檢查，所以不同的表面處理后其脆性水平可以進行對比，為工藝制度的選擇提供依據(jù)?？蔀楦鞣N表面測試建立統(tǒng)一的脆性標準提供可能性。
文檔編號G01N3/40GK2058753SQ8921406
公開日1990年6月27日 申請日期1989年7月15日 優(yōu)先權(quán)日1989年7月15日
發(fā)明者趙建生, 吳一平, 肖建中, 謝長生, 陳鈺秋, 孫培禎 申請人:華中理工大學