CN108580878A - 一种拉力试验机夹头及其制备方法 - Google Patents

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陈明
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Abstract

本发明公开了一种拉力试验机夹头的制备方法，先将高速钢粉末、金刚砂粉末和金属镍粉末混合，得到混合物料，再将上述混合物料在模具中进行热等静压，得到拉力试验机夹头。由于原料中加入了高速钢粉末，提高了夹头整体的强度，夹头表面的平整度得到了保证，金刚砂粉末的添加保证了夹头表面的粗糙度，再通过采用热等静压烧结工艺及金属镍的添加，使金刚砂和高速钢基体形成了良好的界面结合。采用本发明制得的夹头用于钢丝拉伸力学性能测试时，具有钢丝不打滑，不会破坏表面平整度，数据测量准确的优点。

Description

一种拉力试验机夹头及其制备方法
技术领域
本发明属于力学性能测试装置技术领域，具体涉及一种用于钢丝拉伸的拉力试验机夹头的制备方法。
背景技术
在进行钢丝(1mm左右)的拉伸力学性能测试时，需要用夹头将细小的钢丝夹紧再进行拉伸。传统测试方法中，由于夹头表面光滑，在拉伸过程中较易打滑，造成实验数据失真，同时，由于传统夹头耐磨性能不够，细小钢丝夹紧后拉伸也会破坏夹头表面的平整度。
针对上述问题，现有技术中先将金刚砂粘在铝片上，再将铝片贴紧在夹头表面，令钢丝夹在两块铝片之间进行拉伸，利用金刚砂增加的摩擦阻力，消除打滑现象，同时也不会破坏夹头表面的平整度。但由于金刚砂和铝片只是粘附的关系，在拉伸过程中金刚砂由于结合不牢固会不断脱落，从而需要不断更换铝片，不仅造成了材料的浪费，还会降低工效。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种拉力试验机夹头及其制备方法。以本发明提供的方法制备得到的拉力试验机夹头具有拉伸过程中钢丝不打滑、耐磨性高的优点，极大的提高了测量数据的准确性。
为了实现上述发明目的，本发明提供了如下技术方案：
本发明提供了一种拉力试验机夹头的制备方法，包括以下步骤：
(1)将高速钢粉末、金刚砂粉末和金属镍粉末混合，得到混合物料；
(2)将所述步骤(1)得到的混合物料在模具中进行热等静压，得到拉力试验机夹头。
优选的，所述步骤(1)中高速钢粉末粒径为10～45μm。
优选的，所述步骤(1)中高速钢粉末的体积为混合物料体积的70～80％。
优选的，所述步骤(1)中金刚砂粉末粒径为300～600μm。
优选的，所述步骤(1)中金刚砂粉末的体积为混合料体积的15～25％。
优选的，所述步骤(1)中金属镍粉末粒径为5～20μm。
优选的，所述步骤(1)中金属镍粉末的体积为混合料体积的4～7％。
优选的，所述步骤(1)中采用V型混料机进行混合，混合时间为12～20h。
优选的，所述步骤(2)中热等静压的的升温速率为30～50℃/min，最高温度为1100～1200℃，保温时间为2～4h；所述热等静压的压力为100～120MPa。
本发明还提供了上述方法制备得到的拉力试验机夹头，包括高速钢基体和分布于所述高速钢基体中的金刚砂，所述高速钢和金刚砂为界面结合，金刚砂表层分解的Si会固溶于Ni，在所述高速钢基体与金刚砂的界面形成了镍硅固溶体层。
有益效果：
本发明提供了一种拉力试验机夹头的制备方法，包括以下步骤：将高速钢粉末、金刚砂粉末和金属镍粉末混合，得到混合物料；将所述混合物料在模具中进行热等静压，得到拉力试验机夹头。本发明提供的拉力试验机夹头以高速钢为基体，将金刚砂与高速钢进行结合，解决了现有技术中钢丝拉伸过程中易打滑及夹头表面平整度易遭破坏的问题；金属Ni在热等静压过程中，会固溶于Fe中生成γ(Fe)，此外，金刚砂表层分解的Si会固溶于Ni，固溶形成的镍硅层增大了硅向铁中扩散的阻力，从而弱化了钢和金刚砂的反应，改善了高速钢和金刚砂之间的界面结合，提高了基体和金刚砂之间的浸润性，提高了其综合力学性能。因此，以本发明所述方法制得的拉力试验机夹头可有效防止钢丝打滑，具有良好的耐磨性，能够保证数据测量的准确性。实验结果表明，本发明提供的制备方法制备的拉力试验机夹头的抗拉强度可大于1100MPa，延伸率大于4.5％，采用轮式磨耗试验机在摩擦距离为24m时磨损量大于275mg。
具体实施方式
本发明提供了一种拉力试验机夹头的制备方法，包括以下步骤：
(1)将高速钢粉末、金刚砂粉末和金属镍粉末混合，得到混合物料；
(2)将所述步骤(1)得到的混合物料在模具中进行热等静压，得到拉力试验机夹头。
本发明将高速钢粉末、金刚砂粉末和金属镍粉末混合，得到混合物料。
在本发明中，所述高速钢粉末用于制备拉力试验机夹头的基体，原料来源为市售M2牌号；所述混合物料中高速钢粉末的体积优选为混合物料体积的70～80％，更优选为75％；所述高速钢粉末的粒径优选为10～45μm，更优选为15～25％。
在本发明中，所述金刚砂可增强表面摩擦力，来源为市售金刚砂；所述混合物料中金刚砂粉末的体积优选为混合物料体积的15～25％，更优选为16～18％，最优选为17％；所述金刚砂粉末的粒径优选为300～600μm，更优选为400～550μm。
在本发明中，所述镍粉起到的是改善高速钢和金刚砂界面的作用，来源为市售镍粉；所述混合物料中金属镍粉末的体积优选为混合物料体积的4～7％，更优选为6％；所述金属镍粉末的粒径优选为5～20μm，更优选为6～8μm。
本发明对所述高速钢粉末、金刚砂粉末和金属镍粉末的混合的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的制备混合粉体的技术方案即可。在本发明中，所述混合步骤优选采用V型混料机进行混合；所述混合的时间优选为12～20h，更优选为16～18h；所述混合的速率优选为15～25转/分钟，更优选为18～20转/分钟。
得到混合物料后，本发明将所述混合物料在模具中进行热等静压，得到拉力试验机夹头。
在本发明中，所述模具优选为按夹头形状和尺寸加工出的不锈钢包套，不锈钢包套带有开口，将混合物料装入模具中振实后，将不锈钢包套进行抽气焊封；本发明对所述不锈钢包套的加工方法没有特殊要求，使用本领域技术人员熟知的方法进行加工即可；本发明对所述夹头的形状和尺寸没有特殊要求，仅限定所述夹头与钢丝接触的面为机械打磨成的平整表面，在本发明的具体实施例中，优选根据对夹头的具体要求确定形状和尺寸；本发明对所述抽气焊封的具体操作方法没有特殊要求，使用本领域技术人员熟知的方法进行抽气焊封即可。
在本发明中，所述热等静压的升温速率优选为30～50℃/min，更优选为40℃/min，烧结温度优选为1100～1200℃，更优选为1150℃，保温时间优选为3h，所述热等静压的压力优选为100～120MPa，更优选为110MPa。在本发明的温度和压力范围内，各混合物料可有效实现冶金结合，Ni可有效改善高速钢和金刚砂的界面结合。
热等静压完成后，本发明优选将所述热等静压的产物冷却至室温后进行表面处理，得到得到拉力试验机夹头。在本发明中，所述冷却优选为随炉冷却；所述表面处理优选包括去除包套及表面反应层；本发明优选通过打磨将表面反应层去除；在本发明中，热等静压过程中不锈钢包套与热等静压产物发生接触和扩散，形成表面反应层，本发明通过打磨将表面反应层去除，消除因扩散导致的表层高速钢不纯的部分，进一步提高夹头材料的纯度。
本发明还提供了上述方法制备得到的拉力试验机夹头，包括高速钢基体和分布于所述高速钢基体中的金刚砂，所述高速钢和金刚砂为界面结合，金刚砂表层分解的Si会固溶于Ni，在所述高速钢基体与金刚砂的界面形成了镍硅固溶体层。
下面结合实施例对本发明提供的拉力试验机夹头及其制备方法进行详细的说明，但是不能将其理解为对本发明保护范围的限定。
热等静压烧结后材料的耐磨性能采用轮式磨耗试验机进行测量，载荷30N，对磨件为180#的SiC砂纸，每个样品与砂纸对磨2400次，共计摩擦距离为24m。
实施例1
将10～45μm的高速钢粉末、300～500μm的金刚砂粉末和5～10μm的金属镍粉末(体积百分比为70:25:5)在V型混料机上以20转/分钟转速混合15h后装入不锈钢包套，粉末振实后进行抽气焊封，放入热等静压机中。热等静压采用升温烧结，升温速率为40℃/min，最高烧结温度为1200℃，压力为120MPa，保温保压时间为3小时，随炉冷却到室温后去除包套及表面反应层。
实施例2
将20～45μm的高速钢粉末、400～500μm的金刚砂粉末和10～20μm的金属镍粉末(体积百分比为73:20:7)在V型混料机上以18转/分钟转速混合20h后装入不锈钢包套，粉末振实后进行抽气焊封，放入热等静压机中。热等静压的升温速率为30℃/min，最高烧结温度为1150℃，压力为110MPa，保温保压时间为4小时，随炉冷却到室温后去除包套及表面反应层。
实施例3
将15～45μm的高速钢粉末、450～600μm的金刚砂粉末和5～20μm的金属镍粉末(体积百分比为78:18:4)在V型混料机上以25转/分钟转速混合18h后装入不锈钢包套，粉末振实后进行抽气焊封，放入热等静压机中。热等静压的升温速率50℃/min，最高烧结温度为1100℃，压力为105MPa，保温保压时间为3小时，随炉冷却到室温后去除包套及表面反应层。
对比例
本对比例中的技术方案与实施例1基本相同，区别仅在于本对比例未添加金属镍粉。
按照行业检测标准对实施例1～3制备的拉力试验机夹头进行力学性能测试，测得三种材料力学性能如表1所示：
表1实施例1～3拉力试验机夹头的力学性能
实施例 抗拉强度(MPa) 延伸率(％) 磨损量(mg)
1 1219 4.5 275
2 1176 5.9 281
3 1154 6.7 289
对比例 1054 2.7 376
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种拉力试验机夹头的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将高速钢粉末、金刚砂粉末和金属镍粉末混合，得到混合物料；
(2)将所述步骤(1)得到的混合物料在模具中进行热等静压，得到拉力试验机夹头。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中高速钢粉末的粒径为10～45μm。
3.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中高速钢粉末的体积为混合物料体积的70～80％。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中金刚砂粉末的粒径为300～600μm。
5.如权利要求1或4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中金刚砂粉末的体积为混合料体积的15～25％。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中金属镍粉末的粒径为5～20μm。
7.如权利要求1或6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中金属镍粉末的体积为混合料体积的4～7％。
8.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中采用V型混料机进行混合，所述混合的时间为12～20h。
9.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中热等静压的升温速率为30～50℃/min，最高温度为1100～1200℃，保温时间为2～4h；所述热等静压的压力为100～120MPa。
10.一种如权利要求1～9任意一项所述方法制备得到的拉力试验机夹头，其特征在于，包括高速钢基体和分布于所述高速钢基体中的金刚砂，金刚砂表层分解的Si固溶于Ni，在所述高速钢基体与金刚砂的界面形成了镍硅固溶体层。
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