CN102944490B - 基于通电加热的高温硬度测量方法 - Google Patents

Abstract

基于通电加热的高温硬度测量方法，涉及金属材料硬度测量方法。1）备好硬度计、可调直流稳压电源、2根加热电极和温度传感器；2）将待测金属工件放在硬度计的测台上并调整好位置，将2根加热电极设于待测工件上，2根加热电极通过导线与可调直流稳压电源连接，可调直流稳压电源的两极与2根加热电极以及位于2根加热电极之间的待测金属工件材料构成回路，温度传感器设于待测金属工件硬度待测点旁；3）启动可调直流稳压电源，对待测金属工件通电加热；4）当温度传感器所测温度达到所需温度值时，开始测量待测金属工件硬度；5）记录硬度测量数据，如需测量多个温度值下的待测金属工件硬度，重复步骤4）和5）；6）关闭可调直流稳压电源。

Description

基于通电加热的高温硬度测量方法

技术领域

本发明涉及金属材料硬度测量方法，尤其是涉及一种基于通电加热的高温硬度测量方法。

背景技术

随着现代工业技术的不断发展，在常温下研究金属材料的使用性能已经远远不能满足工程上的要求了，对金属材料在高温下的使用性能提出了更高的要求，尤其是在航空航天领域。金属材料的高温性能检测已列为基本的检测之一。但是，对于金属材料在高温下的一些性能指标的获得往往又比在常温下复杂的多，特别是金属在高温下的硬度更是难以测得，高温下测金属硬度一直是一个备受关注的问题。

据资料记载，高温硬度的测定始于1905年。当时的高温硬度是在布氏硬度计上测得的。目前，高温硬度检测通常采用三种方法：压印法、一端平压法和相互压入法。也诞生了多种高温硬度计，如日本AKASHI SEISAKUSHO公司生产的HVK-HF型高温硬度计（见参考文献：游学见.金属高温硬度测量装置[J].试验机与材料试验,1986(6):39-40）。但这些测量方法和装置在实际测量时很不方便，工件需放在抽成真空的加热箱里面整体加热，测硬度压头需整体伸进加热箱中去加载测量，由温度控制装置保持温度恒定。这些硬度测量设备复杂，操作繁琐，不能方便快捷地测出金属在高温下的硬度；测量设备体积大，价格昂贵，不适合在实际生产中广泛的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种测量装置简单、操作便捷、测量效率高的基于通电加热的高温硬度测量方法。

本发明所述的该基于通电加热的高温硬度测量方法，包括以下步骤：

1）备好硬度计、可调直流稳压电源、2根加热电极和温度传感器；

2）将待测金属工件放在硬度计的测台上并调整好位置，将2根加热电极设于待测工件上，2根加热电极通过导线与可调直流稳压电源连接，可调直流稳压电源的两极与2根加热电极以及位于2根加热电极之间的待测金属工件材料构成回路，温度传感器设于待测金属工件硬度待测点旁；

3）启动可调直流稳压电源，对待测金属工件通电加热；

4）当温度传感器所测温度达到所需温度值时，开始测量待测金属工件硬度；

5）记录硬度测量数据，如需测量多个温度值下的待测金属工件硬度，重复步骤4）和5）；

6）关闭可调直流稳压电源。

在步骤1）中，所述温度传感器可采用热电偶或红外测温仪；所述硬度计的压头可选用金刚石压头或蓝宝石压头，当测量温度不大于800℃时选用金刚石压头，当测量温度大于800℃，小于1300℃时选用蓝宝石压头；所述可调直流稳压电源的工作参数最好为电压不大于5V，电流不大于400A；所述加热电极最好为石墨电极。

在步骤2）中，所述2根加热电极最好设于待测金属工件的待测硬度点旁。

本发明的工作原理如下：

在给待测金属工件工件通电加热时，由于可调直流稳压电源的两极与2根加热电极相连并与待测金属工件材料构成回路，而且可通过可调直流稳压电源给回路施以低压大电流，这样可使2根加热电极电极附近的材料产生焦耳热，进而使待测金属工件材料温度升高。2根加热电极与待测金属工件接触点之间电流密度最大，而且接触电阻比金属本身的电阻大得多，所以发热得最厉害，而待测金属工件的其它区域因为电阻小、电流小，几乎不产生焦耳热，无需采取任何绝缘措施。接触点处的温度情况可作如下估算：

Δθ＝ηI²R

式中，η为影响因素；I为加热电流；R为加热点接触电阻；Δθ为接触点温度。

上式说明，加热温度与加热电流I和加热点接触电阻R成正比。因为加热区的接触电阻，仅为毫欧姆数量级，为了得到足够的加热温度，加热电流要达到几百安培。又因为是通以低压的电流，电压一般可在5V左右，实验操作人员可徒手操作。通过多次试验验证，该测量方法确实能够快速高效的测得高温下金属材料的硬度。

由于本发明所述测量方法的加载和测得硬度的过程都是在工件持续通电加热的状态下进行的，不需要将工件冷却再测定硬度压痕，也不需要断电后再放在硬度计的测台上测硬度。因此，可以使工件上某点保持在一个固定温度下测硬度值，这样可大大简化测量过程。

在高温下测硬度的压头跟常温下用的相同，都是金刚石圆锥压头。但是，当金刚石压头打压在加热后的高温被测材料上时，要是温度过高就容易造成碎裂。在空气中，约800℃就会引起金刚石的氧化失重（参见文献：王适.金刚石热稳定性及其刀具受热损伤的研究[D].大连:大连理工大学,2003.），而且容易石墨化。所以，当温度高于800℃时，必须选择其他压头材料。常用作高温硬度计的压头有金刚石和蓝宝石压头（参见文献：朱国珍.高温硬度试验法及其在汽车材料研究中的应用[A].中国机械工程学会理化检验分会.全国材料理化测试与产品质量控制学术研讨会论文集（物理测试部分）[C].北京:化学工业出版社,2002:207-209）。一般来说，在试验温度不超过800℃时选用金刚石压头，而当温度超过800℃，又低于1300℃的时候选用蓝宝石压头（参见文献：金志云.蓝宝石改色的原理及方法[J].地质科技情报,1988,7(4):35-41）。

本发明具有如下突出优点：

1.加热装置简单，温度控制灵活、可靠（调节电流大小即可）。只需要一个能提供小电压、大电流、功率2千瓦左右的直流电源（如采用DYT-15V400A型可调直流稳压恒流电源），还有2根能承受高温的加热电极即可，不需要放在真空加热箱里加热。

2.操作方便快捷，大大提高了高温测硬度的效率，为实际生产需要提供了有利条件。

3.整套设备及工艺成本低，适于在实际加工生产中普及。

4.因为是局部通电加热，发热点就在加热电极与待测工件表面接触的地方，所以对硬度计影响不大。而且，通电电压很小，操作人员可徒手操作，没有危险。

5.一般金属在高温下容易氧化，生成绝缘的氧化膜，易使通电电路断开，采用石墨棒作为加热电极，可有效解决该问题。

附图说明

图1为本发明所述基于通电加热的高温硬度测量方法所采用的测量设备实施例示意图。

具体实施方式

参见图1，本发明实施例所述基于通电加热的高温硬度测量方法，包括以下步骤：

1）备好硬度计（硬度计包括硬度计测台1、硬度计压头4等）、可调直流稳压电源2、2根加热电极3、温度传感器（热电偶）5以及待测金属工件6；所述温度传感器5也可红外测温仪；所述硬度计的压头可选用金刚石压头或蓝宝石压头，当测量温度不大于800℃时选用金刚石压头，当测量温度大于800℃、小于1300℃时选用蓝宝石压头。所述可调直流稳压电源的工作时的参数为电压不大于5V，电流不大于400A。

2）将待测金属工件6放在硬度计测台1上并调整好位置，将2根加热电极3设于待测工件6上，2根加热电极3通过导线与可调直流稳压电源2连接，可调直流稳压电源2的两极与2根加热电极3以及位于2根加热电极之间的待测金属工件材料构成回路，温度传感器5设于待测金属工件6硬度待测点旁；所述2根加热电极3设于待测金属工件6的待测硬度点的附近。

3）启动可调直流稳压电源2，对待测金属工件6通电加热。

4）当温度传感器5所测温度达到所需温度值时，开始测量待测金属工件6硬度。

5）记录硬度测量数据，如需测量多个温度值下的待测金属工件6的硬度，重复步骤4）和5）。

6）关闭可调直流稳压电源2。

采用本发明实施例所述基于通电加热的高温硬度测量方法，在HR-150A型硬度计上测量了淬火后的T10A工具钢和Cr12模具钢的硬度，发现其硬度随温度升高而下降显著。也测量了高温合金GH2132的硬度，发现其硬度在600℃以下几乎不变。以上三块材料的测量结果与理论上的材料性能基本一致，由此可见，本发明实施例是切实可行的。

Claims (4)

1.基于通电加热的高温硬度测量方法，其特征在于包括以下步骤：

1)备好硬度计、可调直流稳压电源、2根加热电极和温度传感器；

2)将待测金属工件放在硬度计的测台上并调整好位置，将2根加热电极设于待测金属工件上，2根加热电极通过导线与可调直流稳压电源连接，可调直流稳压电源的两极与2根加热电极以及位于2根加热电极之间的待测金属工件材料构成回路，温度传感器设于待测金属工件硬度待测点旁；所述2根加热电极设于待测金属工件的待测硬度点的附近；

3)启动可调直流稳压电源，对待测金属工件通电加热；

4)当温度传感器所测温度达到所需温度值时，开始测量待测金属工件硬度；

5)记录硬度测量数据，如需测量多个温度值下的待测金属工件硬度，重复步骤4)和5)；

6)关闭可调直流稳压电源。

2.如权利要求1所述的基于通电加热的高温硬度测量方法，其特征在于在步骤1)中，所述温度传感器采用热电偶或红外测温仪。

3.如权利要求1所述的基于通电加热的高温硬度测量方法，其特征在于在步骤1)中，所述硬度计的压头选用金刚石压头或蓝宝石压头，当测量温度不大于800℃时选用金刚石压头，当测量温度大于800℃、小于1300℃时选用蓝宝石压头。

4.如权利要求1所述的基于通电加热的高温硬度测量方法，其特征在于所述加热电极为石墨电极。