CN110132745A - 一种间接反映金属材料冲击韧性的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种间接反映金属材料冲击韧性的方法及装置，包括机架，所述机架上设置有加载装置和位移传感器，所述加载装置的伸缩端设置有压力头，压力头包括作用部和柄部，所述作用部和柄部之间设置有压力传感器，所述位移传感器平行于加载装置的伸缩方向设置，位移传感器的固定部分与机架连接，活动部分与加载装置的伸缩端连接；利用压力头向试样加载；加载过程中记录压力头位移变化，并记录该位移变化所对应的试样所受压力的变化；根据记录的力‑位移曲线计算加载过程中所做的功W。通过这个功W的值来反映材料的冲击韧性，在同一条件下，对于相同尺寸的试样，测得的W值越大，表明材料的冲击韧性越好。
Description
技术领域
本发明涉及一种冲击韧性测试方法，具体涉及一种间接反映金属材料冲击韧性的方法；
同时尤其涉及一种可应用于间接反映金属材料冲击韧性的方法的装置。
背景技术
金属材料的冲击韧性是指金属材料在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力，它是金属材料塑性和强度的综合体现，也是金属材料很重要的一项力学指标，冲击韧性越低即说明材料缺口敏感性越高，容易发生脆性断裂，冲击韧性越好则发生脆性断裂的可能性就越小。在几乎所有使用场所都对其有较高要求，如锅炉压力容器、高压管、型钢等结构性材料以及各种焊缝及其热影响区等。
金属夏比缺口冲击试验(GB/T 229-2007)是当前常用的检测冲击韧性的方法，该方法需要制备有一定形状和尺寸的金属试样，使其具有U形或V形缺口(少数情况下可不开缺口)，在夏比冲击试验机上以试验机举起的摆锤作一次冲击，使试样沿缺口折断，用折断时摆锤重新升起的高度差来计算试样的吸收功，吸收功越高，则被测材料的冲击韧性越好。
这是一种成熟有效的方法，但问题在于该方法对试样机加工精度要求很高，尤其是缺口部位的机加工精度，如果该部位的机加工精度达不到标准要求或各个试样的精度不一致，冲击试验的结果就会比较分散，对缺口敏感性高的材料就更为严重。另外，该方法需要花费较多的工时和检测费用，从而导致不能对待测试样直接快速地测试，大大降低了生产现场的检测效率及生产效率。同时对尺寸达不到加工要求的试样，其检测结果也是无效数据。
基于上述现状，本发明使用了一种简便快捷的试验方法和装置，只需对待测金属材料试样简单加工就可对其冲击韧性进行测定，这样可极大提高现场金属材料冲击韧性的检测效率及生产效率，其经济性和实用性显而易见，是一种快捷有效的检测方法。并可以更利于应用到高效地对产品或材料的冲击韧性是否合格进行筛选检测。
发明内容
本发明的目的在于：提出了一种间接反映金属材料冲击韧性的方法及装置，通过对被测试样加载测试，计算加载过程中所做的功W，通过这个功W的值来反映材料的冲击韧性，在同一条件下，对于相同尺寸的试样，测得的W值越大，表明材料的冲击韧性越好。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种间接反映金属材料冲击韧性的方法，包括：
利用压力头向试样加载；
加载过程中记录压力头位移变化，并记录该位移变化所对应的试样所受压力的变化；
根据记录的位移变化和压力变化计算加载过程中所做的功W。
在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：建立力-位移坐标系，并根据位移变化和压力变化在该坐标系中绘制力-位移曲线；
根据力-位移曲线计算压力头对试样所做的功W。
在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：功W为力-位移曲线下方阴影部分的面积。
在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：所述功W的计算公式为：
其中Si为微小位移区间(Si越小，i值也就越大，其结果越精确)，Fi为Si上对应的平均力值。
在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：设置位移传感器用于感受压力头位移变化，在压力头上设置压力传感器用于感受压力头所受到试样施加的反作用力变化；
将位移传感器和压力传感器与计算机系统连接，并由计算机系统根据位移传感器和压力传感器输入的数据信息计算功W。
在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：由计算机系统根据位移传感器和压力传感器输入的数据信息建立力-位移坐标系，并绘制力-位移曲线。
一种可应用于间接反映金属材料冲击韧性的方法的装置，包括机架，所述机架上设置有加载装置和位移传感器，所述加载装置的伸缩端设置有压力头，压力头包括作用部和柄部，所述作用部和柄部之间设置有压力传感器，所述位移传感器平行于加载装置的伸缩方向设置，位移传感器的固定部分与机架连接，活动部分与加载装置的伸缩端连接。
在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：所述机架包括安装板和垂直于安装板并与之固定连接的导柱，所述导柱上设置有可以沿导柱来回滑动的活动板，所述加载装置设置在安装板上，并将伸缩端与活动板连接，所述压力头设置在活动板上。
在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：所述位移传感器的固定部分与安装板连接，所述活动部分与活动板连接。
在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：所述作用部具有一个球头。
在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：还包括与压力头相对的试样放置座，所述试样放置座包括对称地设置在压力头两侧的放置轮，所述放置轮具有凹槽，并设置安装支架安装放置轮。
本发明的有益效果在于：本发明的方法及装置，通过对被测试样加载测试，计算加载过程中所做的功W，通过这个功W的值来反映材料的冲击韧性。
只需对试样简单加工就可对其冲击韧性进行测定，这样可极大提高现场金属材料冲击韧性的检测效率及生产效率，其经济性和实用性显而易见，是一种快捷有效的检测方法。并可以更利于应用到高效地对产品或材料的冲击韧性是否合格进行筛选检测。
附图说明
图1为本发明的可应用于间接反映金属材料冲击韧性的方法的装置结构示意图；
图2为本发明的放置轮结构示意图；
图3为本发明的计算机系统部分示意图；
图4为本发明的功W的计算公式；
图5为本发明的力-位移坐标系示意图。
图中：1-压力头、2-位移传感器、3-压力传感器、4-计算机系统、5-机架、6-加载装置、7-作用部、8-柄部、9-安装板、10-沿导柱、11-活动板、12-试样放置座、13-放置轮、14-凹槽、15-安装支架、16-试样。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
参阅图1-5，一种间接反映金属材料冲击韧性的方法，包括：利用压力头1向试样16加载；加载过程中记录压力头1位移变化，并记录该位移变化所对应的试样所受压力的变化；根据记录的位移变化和压力变化计算加载过程中所做的功W，通过这个功W的值来反映材料的冲击韧性。
并进一步地，建立力-位移坐标系，并根据位移变化和压力变化在该坐标系中绘制力-位移曲线；通过该力-位移曲线我们能够很直观地整个测试过程中的受力变化，我们以一定的速度或变化的速度进行测试，我们可以结合对测试过程中对被测试样的监控观测，来进行判断被测试样的形变程度和导致该程度形变所需要的力；同时根据力-位移曲线计算压力头1对试样所做的功W，通过这个功W的值来反映试样16的冲击韧性。
其中，功W为力-位移曲线下方阴影部分的面积，测试结果的反应非常直观。
上述方案中，所述功W计算公式为：
其中Si为微小位移区间(Si越小，i值也就越大，其结果越精确)，Fi为Si上对应的平均力值。
参考图3和图5，基于上述方法，我们设置位移传感器2用于感受压力头1位移变化，在压力头1上设置压力传感器3用于感受压力头1所受到试样施加的反作用力变化；将位移传感器2和压力传感器3与计算机系统4连接，并由计算机系统4根据位移传感器2和压力传感器3输入的数据信息计算功W，所述计算机的算法采用公式计算。
并进一步由计算机系统4根据位移传感器2和压力传感器3输入的数据信息建立力-位移坐标系，并绘制力-位移曲线。除了功W的数值外，所述力-位移坐标系中的力-位移曲线对于试样的受力研究同样具有参考意义，并且反应直观。
一种可应用于间接反映金属材料冲击韧性的方法的装置，可以根据上述方法对试样进行测试，包括机架5，所述机架5上设置有加载装置6和位移传感器2，所述加载装置6的伸缩端设置有压力头1，压力头1包括作用部7和柄部8，所述作用部7和柄部8之间设置有压力传感器3，所述位移传感器2平行于加载装置6的伸缩方向设置，位移传感器2的固定部分与机架5连接，活动部分与加载装置6的伸缩端连接。其中，机架用于为加载装置6提供安装基础，所述加载装置6用于驱动压力头1向试样16加载，其中加载装置6我们最好选着液压缸或其他液压驱动装置，液压驱动具有压力大和易控制的优点。这样便于我们为试样设定相同的匀速加载，这样便于形成对比，可比性高。或者是针对特殊的研究需要，我们可以对试样进行变速加载，这样我们都可以根据液压驱动装置的给油速度来进行控制。
进一步地，所述机架5包括安装板9和垂直于安装板9并与之固定连接的导柱10，所述导柱10上设置有可以沿导柱10来回滑动的活动板11，所述加载装置6设置在安装板9上，并将伸缩端与活动板11连接，所述压力头1设置在活动板11上。所述位移传感器2的固定部分与安装板9连接，所述活动部分与活动板11连接。
所述作用部7具有一个球头，球头的作用部7能够避免作用部7施加在试样上的力太过集中于一点；当然，根据研究需求，我们也可以采用具有其他形状的作用部7。
为便于金属材料简单试样的测试，本装置还包括与压力头1相对的试样放置座12，所述试样放置座12包括对称地设置在压力头1两侧的放置轮13，所述放置轮13具有凹槽14，并设置安装支架15安装放置轮13。以金属条试样为例，我们可以放置到放置座12中，使金属条的两端置于凹槽14中便可以开始测试。
上述装置测试过程中，我们便可以将位移传感器2和压力传感器3与计算机系统4连接，并由计算机系统4根据位移传感器2和压力传感器3输入的数据信息计算功W。
上述方法除了间接反映材料冲击韧性外，我们还可以产品或材料的冲击韧性是否合格进行抽样筛选检测，具体步骤如下：
a、首先对已知刚好合格的样品进行测试，以一定的加载速度测出整个试验过程试验机所做的功W0；
b、用同样的操作方法同样的加载速度对被测试样进行测试，测出整个试验过程试验机所做的功W；
c、比较W和W0的大小。若W＞W0，则表明被测试样的冲击韧性高于标准试样，被测试样合格；若W＜W0，则表明被测试样的冲击韧性低于标准试样，被测试样不合格；
对于脆性较高的材料，可以适当降低加载速度。
除了材料或金属材料冲击韧性外，同样的产品，包括罐体、架结构、管材产品都可以采用本方法测试对比，并体现可供参考的测试结果，伸至可以应用到汽车撞击测试过程中的用功和撞击变形过程中的受力变化，分析过程中为力-位移坐标系加入时间轴，结合测试变形过程，能够获得可靠的、直观的测试参考结果。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种间接反映金属材料冲击韧性的方法，其特征在于,包括：
利用压力头(1)向试样加载；
加载过程中记录压力头(1)位移变化，并记录该位移变化所对应的试样所受压力的变化；
根据记录的位移变化和压力变化计算加载过程中所做的功W。
2.根据权利要求2所述的间接反映金属材料冲击韧性的方法，其特征在于，建立力-位移坐标系，并根据位移变化和压力变化在该坐标系中绘制力-位移曲线；
根据力-位移曲线计算压力头(1)对试样所做的功W。
3.根据权利要求2所述的间接反映金属材料冲击韧性的方法，其特征在于，功W为力-位移曲线下方阴影部分的面积。
4.根据权利要求1或2或3所述的间接反映金属材料冲击韧性的方法，其特征在于，所述功W的计算公式为：
其中Si为微小位移区间，Fi为Si上对应的平均力值。
5.根据权利要求1或2或3所述的间接反映金属材料冲击韧性的方法，其特征在于，设置位移传感器(2)用于感受压力头(1)位移变化，在压力头(1)上设置压力传感器(3)用于感受压力头(1)所受到试样施加的反作用力变化；
将位移传感器(2)和压力传感器(3)与计算机系统(4)连接，并由计算机系统(4)根据位移传感器(2)和压力传感器(3)输入的数据信息计算功W。
6.根据权利要求5所述的间接反映金属材料冲击韧性的方法，其特征在于，由计算机系统(4)根据位移传感器(2)和压力传感器(3)输入的数据信息建立力-位移坐标系，并绘制力-位移曲线。
7.一种可应用于权利要求1至6任一所述方法的装置，其特征在于，包括机架(5)，所述机架(5)上设置有加载装置(6)和位移传感器(2)，所述加载装置(6)的伸缩端设置有压力头(1)，压力头(1)包括作用部(7)和柄部(8)，所述作用部(7)和柄部(8)之间设置有压力传感器(3)，所述位移传感器(2)平行于加载装置(6)的伸缩方向设置，位移传感器(2)的固定部分与机架(5)连接，活动部分与加载装置(6)的伸缩端连接。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述机架(5)包括安装板(9)和垂直于安装板(9)并与之固定连接的导柱(10)，所述导柱(10)上设置有可以沿导柱(10)来回滑动的活动板(11)，所述加载装置(6)设置在安装板(9)上，并将伸缩端与活动板(11)连接，所述压力头(1)设置在活动板(11)上。
9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述位移传感器(2)的固定部分与安装板(9)连接，所述活动部分与活动板(11)连接。
10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，还包括与压力头(1)相对的试样放置座(12)，所述试样放置座(12)包括对称地设置在压力头(1)两侧的放置轮(13)，所述放置轮(13)具有凹槽(14)，并设置安装支架(15)安装放置轮(13)。
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