CN104990798B - 一种针对脆性材料楔压强度的试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种针对脆性材料楔压强度的试验装置及方法，在试验温度和试验速率要求范围内，通过驱动装置来驱动所述上楔形压头和/或所述下楔形压头向试验样块施加实验力，再根据测力传感系统测得的最大力值来计算试验样块的楔压强度。本发明公开的针对脆性材料楔压强度的试验装置及方法，试验装置结构简单、试验方法方便易行，可以便捷地试验得出脆性材料的楔压强度。

Description

一种针对脆性材料楔压强度的试验装置及方法

技术领域

本发明涉及材料力学性能试验技术设备领域，尤其涉及一种针对脆性材料楔压强度的试验装置及方法。

背景技术

目前在铸造行业中，一般通过试验测得抗拉强度来作为材料的力学性能指标，抗拉强度是通过对浇铸的力学性能试棒进行拉力试验来测得的。

抗拉强度试验，多采取单铸试棒或附铸试棒两种方法制取，单铸试棒，是指力学性能试棒与材料本身分别单独铸造，而附铸试棒，是指力学性能试棒与材料本身在同一个模具上铸造。对于单铸试棒，由于受生产条件和工艺因素的限定，试棒与材料本体总会存在或多或少的差异；而对于附铸试棒，根据金属拉伸试验国家标准，对试棒的最小尺寸有相关的限定，在很多情况下，材料本体的质量就非常小、其外形尺寸也小，而试验试棒务必满足国家相关标准要求。材料本身尺寸过小，则无法从材料本体中提取到所需的符合尺寸要求的试棒。

楔压强度试验是一种材料的静态断裂力学试验，与抗拉强度有一定的类似性，通过试验样块的楔压强度试验，测得材料的楔压强度，可以代替材料的抗拉强度作为材料的力学性能指标。而在现有技术中，尚没有合适的针对脆性材料楔压强度的试验装置及方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种针对脆性材料楔压强度的试验装置及方法，以解决现有技术的材料力学性能试验中过多地受限于试验样块尺寸的问题。

为了实现上述目的，本发明提供的一种针对脆性材料楔压强度的试验装置，包括机架、以及设置在所述机架上的工作台、试验样块支架、驱动装置、测力传感系统、上楔形压头和下楔形压头；所述试验样块支架设置在所述工作台上侧；所述上楔形压头和下楔形压头分别设置在所述试验样块支架的上下两侧，所述驱动装置能够驱动所述上楔形压头和/或所述下楔形压头使所述上楔形压头和所述下楔形压头相互配合向试验样块施加实验力；所述测力传感系统与所述上楔形压头和/或所述下楔形压头连接。

进一步，所述试验样块支架包括浮动板和弹簧；所述浮动板通过所述弹簧水平设置于所述工作台上，所述浮动板中心设置有通孔，使所述上楔形压头和下楔形压头能相互接触。该技术方案的技术效果在于：试验样块支架用于放置试验样块，而楔压强度试验对试验样块与受力方向的垂直度要求很高。该浮动板用于将试验样块水平地放置于上楔形压头和下楔形压头之间，而弹簧则保证了试验样块的水平放置和自动灵活调节水平的能力。

进一步，针对脆性材料楔压强度的试验装置还包括护罩，所述护罩围设在所述试验样块支架、所述上楔形压头和所述下楔形压头周围。该技术方案的技术效果在于：楔压强度试验属于断裂性试验，当试验样块在达到受力极限值时，将会出现断裂并且造成碎片飞溅。护罩能防止试验样块在断裂时碎片向外飞溅，保护试验操作人员和相关设备的安全。

优选地，所述护罩采用透明材质制成。该技术方案的技术效果在于：楔压强度试验属于断裂性试验，试验人员能清晰地观察和记录试验过程的变化情况，更有利于得到准确的试验结果。透明材质制成的护罩能让试验操作人员观察试验样块的实时状况、弹簧的支撑状态以及浮动板的水平状态。

进一步，所述驱动装置包括可调速电机和驱动轴；所述可调速电机通过传动装置与所述驱动轴连接；所述驱动轴用于驱动所述下楔形压头向上运动施加试验力。该技术方案的技术效果在于：由于脆性材料的楔压强度试验需要保证其应力速率维持在一定的范围，所以驱动装置应该由可调速的电机来驱动。并且，在加力过程中不允许有超过限值的冲击和振动，而可调速的电机可以对此进行调节。

进一步，针对脆性材料楔压强度的试验装置还包括测力显示屏。所述测力显示屏与所述测力传感系统电连接。该技术方案的技术效果在于：测力显示屏可以根据驱动装置施加的实时试验力，显示出试验样块断裂时的受力，即试验最大力值，方便了操作者提取和计算。

本发明还提供了一种针对脆性材料楔压强度的试验装置的楔压强度试验方法，此方法包括以下步骤：

S1从所需试验的产品本体上提取片状的试验样块，并放置于试验样块支架上；

S2采用上楔形压头和下楔形压头对试验样块施加实验力，直至试验样块断裂，并测算出最大试验力；

S3通过所述步骤S2测得的最大试验力计算出试验样块的楔压强度。

进一步，所述的步骤S1中的试验样块的横截面尺寸为6×20毫米。该技术方案的技术效果在于：在目前的试验条件下，试验样块的尺寸设置为该数值，能得到更加准确的试验值。

进一步，所述的步骤S2中的应力速率范围保持在2～10N/mm2·s-1之间。该技术方案的技术效果在于：为了使试验结果能真实反映材料的力学性能，根据试验样块的弹性模量，试验样块的应力速率应保持在该数值范围。

与现有技术相比较，本发明的有益效果是：消除了对试棒的过多限制要求，针对脆性材料楔压强度的试验装置的结构简单、针对脆性材料楔压强度的试验方法方便易行，可以便捷地试验并计算得出脆性材料的实际楔压强度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式的技术方案，下面将对具体实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的针对脆性材料楔压强度的试验装置的结构图；

图2为图1中I部位的局部放大图；

图3为本发明提供的针对脆性材料楔压强度试验方法的流程图。

附图标记：

1-工作台； 2-驱动轴； 3-测力传感系统；

4-上楔形压头； 5-下楔形压头； 6-试验样块；

7-浮动板； 8-弹簧； 9-护罩。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1为本发明提供的针对脆性材料楔压强度的试验装置的结构图，图2为图1中I部位的局部放大图。如图1所示，楔压强度的试验装置均安装在机架上。该机架上设有工作台1，工作台1上面安装有试验样块支架；而在试验样块支架的上侧和下侧，分别设置有上楔形压头4和下楔形压头5；机架上还安装有驱动装置和测力传感系统3，其中驱动装置用以驱动上楔形压头4和/或下楔形压头5，使得上楔形压头4和下楔形压头5相互配合夹向试验样块支架，从而实现向试验样块6施加实验力的目的；而测力传感系统3设置为与上楔形压头4和/或下楔形压头5连接，用以测量试验样块6的受力数值，特别是受力极限值。其中，该试验样块支架还可以设置为垂直放置，而上楔形压头4和下楔形压头5则可以水平相对设置为左楔形压头和右楔形压头。本实施例将楔形压头设计为上下位置，而使用试验样块支架来水平支撑试验样块6。这样的布置既优化了试验样块6的受力方向，还方便了操作者试验操作和过程观察。

进一步地，在上述实施例的基础上，如图1、2所示，试验样块支架包括有浮动板7和弹簧8，浮动板7通过竖立设置的弹簧8水平设置于工作台1上方，且浮动板7的中心开设有通孔，通孔能够使上楔形压头4和下楔形压头5都能直接相对地向试验样块6施加试验力。浮动板7还可以设置为可手动调节水平度的支撑板，根据机架的基座水平情况来调节，人工控制支撑板位于水平位置。本实施例使用弹簧8自动调节浮动板7的水平度，效果更好更灵活。同时，浮动板7上还可以不设置通孔，而采用上楔形压头4和下楔形压头5向浮动板7和位于浮动板7上的试验样块6施加试验力。本实施例在浮动板7上开设通孔，让上楔形压头4和下楔形压头5直接对试验样块6夹向施力，故而试验的结果更准确更能真实反映材料的楔压强度。

进一步地，在上述实施例的基础上，如图1、2所示，在试验样块支架的周围设置一个护罩9，护罩9的大小可以将试验样块支架、上楔形压头4和下楔形压头5包围，护罩9可以制成圆筒状，或者截面为矩形的方筒状。护罩9的作用在于防止试验样块6在试验极限受力时破裂飞溅，保护工作人员和周围设备的安全。

优选地，在上述实施例的基础上，护罩9选用透明材料制成。该护罩9还可以设计为厚重的不透明的金属护罩9，本实施例将护罩9做成透明形式，是因为对于试验项目，过程和状态越清晰越有益，将护罩9设置为透明的护罩9，方便了试验人员观察试验过程、了解施力部件和试验样块6的改变情况。

根据上述实施例制成的针对脆性材料楔压强度的试验装置，本实施例还设置有相应的试验方法。图3为本发明提供的针对脆性材料楔压强度试验方法的流程图。如图3所示，该方法步骤为：

S1，从所需试验的产品本体上提取片状的试验样块6，并放置于试验样块支架上；

由于楔压强度试验是使用两个相对设置的楔形压头对放置于中间的试验样块6进行施力，作用力需垂直于试验面，直至试验样块6断裂，故该试验样块6为片状的样品。需要说明的是，如采取拉伸强度试验的方法测得材料的拉伸力学性能，为保证试验样块6能真实反映材料的力学性能，拉伸试验样块的尺寸要求更为严格，一般采取直径大于8毫米的试棒，数值要求精确时需要采用直径大于15毫米的试棒。本实施例中试验样块6的横截面尺寸为6×20毫米，可以得到非常精确的材料力学性能参数，对材料原本的尺寸要求较为宽松。

S2，采用上楔形压头4和下楔形压头5对试验样块6施加实验力，直至试验样块6断裂，并测算出最大试验力；

在此试验步骤中，为保证试验样块6真实地反映材料的力学性能，试验温度维持在常温；应力速率控制在2～10N/mm2·s-1的范围内；并且，在加力过程中，两个楔形压头不允许出现冲击和振动。所以，应该在试验前测试并调整可调速电机以满足冲击和振动的要求，然后启动电机，利用驱动轴2驱动下楔形压头5推向上楔形压头4，从而将试验力施加在浮动板7上的试验样块6上，直至试验样块6断裂。该过程通过透明护罩9可以观察和记录。此时，由于护罩9的保护作用，试验样块6的断裂碎片在护罩9内飞溅也不会对操作者和设备造成损害。

测力传感系统3在上述的测试中能测得驱动轴2通过楔形压头对试验样块6施加的试验力，该力值是随着试验的进行在逐步增加的，整个试验过程有一个最大试验力。当试验样块6断裂时，可以在测力传感系统3的显示屏上读取该最大试验力。

S3，通过所述步骤S2测得的最大试验力计算出试验样块6的楔压强度。

在正常的试验情况下，试验样块6的最大试验力近似等于最大正应力，故可以使用计算式“P_m＝F_max/S”来计算试验样块6的楔压强度，其中P_m是试验样块6的楔压强度，F_max指试验样块6断裂时所受的最大试验力，S为试验样块6的断裂横截面积。此试验样块6的楔压强度真实反映了产品材料的力学性能。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种针对脆性材料楔压强度的试验装置，其特征在于，包括机架、以及设置在所述机架上的工作台、试验样块支架、驱动装置、测力传感系统、上楔形压头和下楔形压头；所述试验样块支架设置在所述工作台上侧；所述上楔形压头和下楔形压头分别设置在所述试验样块支架的上下两侧，所述驱动装置能够驱动所述上楔形压头和/或所述下楔形压头使所述上楔形压头和所述下楔形压头相互配合向试验样块施加实验力；所述测力传感系统与所述上楔形压头和/或所述下楔形压头连接；

所述试验样块支架包括浮动板和弹簧；所述浮动板通过所述弹簧水平设置于所述工作台上，所述浮动板中心设置有通孔，使所述上楔形压头和所述下楔形压头能相互接触；

所述试验样块从所需试验的产品本体上提取，其尺寸为毫米级别；所述驱动装置包括可调速电机和驱动轴；所述可调速电机通过传动装置与所述驱动轴连接；所述驱动轴用于驱动所述下楔形压头向上运动施加试验力。

2.根据权利要求1所述的针对脆性材料楔压强度的试验装置，其特征在于，还包括护罩，所述护罩围设在所述试验样块支架、所述上楔形压头和所述下楔形压头周围。

3.根据权利要求2所述的针对脆性材料楔压强度的试验装置，其特征在于，所述护罩采用透明材质制成。

4.根据权利要求1所述的针对脆性材料楔压强度的试验装置，其特征在于，还包括测力显示屏，所述测力显示屏与所述测力传感系统电连接。

5.一种采用如权利要求1-4任一项所述的针对脆性材料楔压强度的试验装置的楔压强度试验方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1从所需试验的产品本体上提取片状的试验样块，并放置于试验样块支架上；

S2采用上楔形压头和下楔形压头对试验样块施加实验力，直至试验样块断裂，并测算出最大试验力；

S3通过所述步骤S2测得的最大试验力计算出试验样块的楔压强度。

6.根据权利要求5所述的楔压强度试验方法，其特征在于，所述的步骤S1中的试验样块的横截面尺寸为6×20毫米。

7.根据权利要求5所述的楔压强度试验方法，其特征在于，所述的步骤S2中的应力速率范围保持在2～10N/mm2·s-1之间。