CN110819775A - 一种可测连续温度场的端淬试验机及其测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及机械设计技术领域，特别涉及一种可测连续温度场的端淬试验机及其测量方法。本发明装置分成两部分，上部分包括机械臂、圆筒式加热炉、高温合金杆、金属板和转轴，下部分包括保温套和介质管路；本发明方法包括将热电偶装入预先开好的热电偶槽中并将其另一端连接多路温度测试仪，打开圆筒式加热炉保温到指定温度后保温规定时间，待式样冷却后取出并读取温度测试仪中温度场的数据。本发明适用多种金属端淬测量，可以有效地节省实验设备，利用热电偶对金属在端淬过程中温度场的变化进行实时监测，能够将距离端淬面不同距离的点的温度变化在仪器上显示出来，提高了工作效率并且保证端淬结果的准确性、稳定性及可重复性。
Description
技术领域
本发明涉及机械设计技术领域，特别涉及一种可测连续温度场的端淬试验机及其测量方法。
背景技术
目前钢铁材料己经建立了一套标准的测试方法(GBT 225-2006钢淬透性的末端淬火试验方法)。使用不同点的硬度值或硬度曲线来表征不同钢种的淬透性，以此来进行淬火工艺改进。铝合金镁合金以及其他多种合金与钢铁的淬火都是将试样从高温快速降到室温,其形式基本相同,但不同材料淬火时的加热保温温度都不尽相同,热力学参数也相差甚远。同时由于其他金属材料没有制定相应的端淬标准，钢铁材料端面淬火实验标准也不适用，因此试样的大小各不相同,传统的端淬设备根据钢的端淬试样制造，对于其他尺寸的试样并不适用。端淬实验中，试样的冷却速度也是一个非常重要的数据，冷却速度由插入试样中固定深度的热电偶来测量，热电偶的补偿导线接在外部的多通路温度测量仪上，显示出该点的温度场。由于常规端淬设备一般是由一个封闭的加热炉以及标准的水冷设备组成；加热炉的封闭导致热电偶无法与试样相连，同时将试样由加热炉转移至水冷设备的过程中均由人工操作，使用夹具夹取温度近千度的试样，在转移过程中非常危险也非常容易失败。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种可测连续温度场的端淬试验机及其测量方法。
本发明的目的是这样实现的：
一种可测连续温度场的端淬试验机，所述的端淬试验机分为上部分和下部分；所述的上部分包括机械臂1、圆筒式加热炉2、高温合金杆3、金属板4和转轴5；所述的机械臂1位于限位装置上；所述的圆筒式加热炉2顶端有孔；所述的高温合金杆3顶端与机械臂1相连，底部位于圆筒式加热炉2中；所述的转轴4上安装有90°限位；所述金属板上安装有滑轨；所述的下部分包括保温套6和介质管路7；所述的介质管路7安装有喷嘴、开关阀、潜水泵。
一种可测连续温度场的端淬试验机的测量方法，包括以下步骤：
步骤1：将热电偶装入预先开好的热电偶槽中，热电偶另一端连接多路温度测试仪；
步骤2：将圆筒式加热炉2推至滑轨末端，设定温度，圆筒式加热炉2保温到指定温度后将试样放置在高温合金的夹具上，打开圆筒式加热炉2，前推至试样位置，闭合加热炉；
步骤3：打开圆筒式加热炉2同时操控机械臂1携带试样向下移动到下限位位置；
步骤4：打开试验台下方介质管路的开关阀，喷头向试样棒的下平面进行喷射；
步骤5：待试样冷却后升回原位，取下试样，读取温度测试仪中温度场的数据。
所述的步骤2中闭合圆筒式加热炉2后，打开温度测试仪，设置开始时间，圆筒式加热炉2加热到指定温度后保温规定时间。
所述的步骤3中操纵机械臂1携带式样向下移动到下限位置，使式样刚好完全进入保温套6。
所述的步骤4中的喷射面积至少在半径为6mm所扫范围并且不大于试样端面面积，直至试样另一端温度趋于常温。
所述的步骤5中取下试样后在平行于试样轴线方向上磨制出两个相互平行的平面，用于测量硬度。
本发明的有益效果在于：
本发明所述的一种可测连续温度场的端淬试验机及其测量方法，适用多种金属端淬测量可以有效地节省实验设备，利用热电偶对金属在端淬过程中温度场的变化进行实时监测，能够将距离端淬面不同距离的点的温度变化在仪器上显示出来，对于后续研究不同冷却速度对材料各种属性的影响非常有价值，同时设置完毕后的自动化设备能够保证操作者的安全，提高了工作效率并且保证端淬结果的准确性、稳定性及可重复性。对于一次只能处理一个试样的设备，实验的稳定性及可重复性对于端淬带的控制尤为重要。
附图说明
图1装置结构图；
图2铝合金式样图；
图3机械臂携带夹具及式样图；
图4距离端淬面不同距离的温度随时间变化的曲线图；
图5式样的显微硬度曲线图；
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述：
本发明针对现有端淬设备的不足，旨在提供一种安全测量多种金属在末端淬火实验中连续温度场的装置及方法，以解决现有设备在端淬测量过程中存在的危险性以及无法测量实验中试样温度场的问题。
本发明提供的装置如图1,分为试验台上下两部分，上部包括带有限位装置能够垂直升降的机械臂1、顶端有孔洞并且可开合的圆筒式加热炉2、可更换夹具并与机械臂相连的高温合金杆3、带有滑轨可前后移动的金属板4、一个带有90°限位的转轴5。下部包括可更换大小的保温套6、一介质管路7，该介质管路上有喷嘴、开关阀、潜水泵。喷嘴正中心与保温套正中心相对，可以通过下方的支架调整管路的高低。
用上述装置测量金属材料淬透深度的方法，包括如下步骤：
a.将热电偶装入预先开好的热电偶槽中，热电偶另一端连接多路温度测试仪
b.将加热炉推至滑轨末端，设定温度，加热炉保温到指定温度后将试样放置在高温合金的夹具上，打开加热炉，前推至试样位置，闭合加热炉；加热炉加热到指定温度后保温一段时间；
c.打开加热炉同时操控机械臂携带试样向下移动到下限位位置，使试样刚好完全进入保温套；
d.喷头向试样棒的下平面进行喷射，喷射面积至少在半径为6mm所扫范围并且不大于试样端面面积，直至试样另一端温度趋于常温。
e.待试样冷却后升回原位，取下试样，在平行于试样轴线方向上磨制出两个相互平行的平面，用于测量硬度。
使用此设备在末端淬火过程中无需手动将试样从加热炉中取出，同时机械升降壁能够快速准确地将试样放入保温套中，避免了因个人操作失误而带来的威险；同时由于加热炉的对开特性，这就可以在试样中插入热电偶用以测量式样在端淬过程中的温度场，热电偶在其中不会被隔断，并且开炉的过程不会触碰到热电偶；炉膛的大小可以适配各种类型的合金端淬试样，同时机械臂上的夹具、保温套以及喷水口的尺寸均可以随着试样的尺寸更换，因此此设备适用于各种类型的合金。
发明效果：适用多种金属端淬测量可以有效地节省实验设备，利用热电偶对金属在端淬过程中温度场的变化进行实时监测，能够将距离端淬面不同距离的点的温度变化在仪器上显示出来，对于后续研究不同冷却速度对材料各种属性的影响非常有价值，同时设置完毕后的自动化设备能够保证操作者的安全，提高了工作效率并且保证端淬结果的准确性、稳定性及可重复性。对于一次只能处理一个试样的设备，实验的稳定性及可重复性对于端淬带的控制尤为重要。
具体实施方式：下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
第一步：按图2所示，将热电偶装入设计好的试样中，热电偶末端接入温度测试仪，本文中所准备的试样为铝合金试样；将位置处在滑轨末端的炉子按照指定温度开始加热；
第二步：在夹具上放置试样，打开温度测试仪，设置开始时间；将炉子打开后拖至试样位置，合上炉子后保温规定时间；
第三步：打开试验台下方介质管路的开关阀，使喷水管口射出的水流自由高度稳定在合适位置；
第四步：开炉同时启动机械臂，机械臂会携带夹具以及试样在5s之内到达下限位，此时夹具会产生分离，一部分落在保温套上，另一部分继续下落1cm，如图3；落入保温套的试样下端与喷水口产生的水流碰撞形成均匀稳定的圆形水幕，使端淬试样的整个底面都基本处于均匀降温的状态，喷水时长由材料特性规定。
第五步：待试样冷却至室温之后取下，读取温度测试仪中温度场的数据，如图4，为距离端淬面不同距离的温度随时间变化的曲线；在平行于试样轴向方向上磨制出两个相互平行的平面，用于测量硬度。试样的显微硬度曲线如图5，从图中可以看到淬火后试样的硬度值在160-125HV之间。从图可以看出，距离端淬面越远，淬火冷却速度越慢，硬度值在总体上呈下降趋势。
本发明所述的一种可测连续温度场的端淬试验机及其测量方法，适用多种金属端淬测量可以有效地节省实验设备，利用热电偶对金属在端淬过程中温度场的变化进行实时监测，能够将距离端淬面不同距离的点的温度变化在仪器上显示出来，对于后续研究不同冷却速度对材料各种属性的影响非常有价值，同时设置完毕后的自动化设备能够保证操作者的安全，提高了工作效率并且保证端淬结果的准确性、稳定性及可重复性。对于一次只能处理一个试样的设备，实验的稳定性及可重复性对于端淬带的控制尤为重要。
Claims (6)
1.一种可测连续温度场的端淬试验机，其特征在于：所述的端淬试验机分为上部分和下部分；所述的上部分包括机械臂(1)、圆筒式加热炉(2)、高温合金杆(3)、金属板(4)和转轴(5)；所述的机械臂(1)位于限位装置上；所述的圆筒式加热炉(2)顶端有孔；所述的高温合金杆(3)顶端与机械臂(1)相连，底部位于圆筒式加热炉(2)中；所述的转轴(5)上安装有90°限位；所述金属板(4)上安装有滑轨；所述的下部分包括保温套(6)和介质管路(7)；所述的介质管路(7)安装有喷嘴、开关阀、潜水泵。
2.基于权利要求1所述的一种可测连续温度场的端淬试验机的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将热电偶装入预先开好的热电偶槽中，热电偶另一端连接多路温度测试仪；
步骤2：将圆筒式加热炉(2)推至滑轨末端，设定温度，加热炉保温到指定温度后将试样放置在高温合金杆(3)的夹具上，打开圆筒式加热炉(2)，前推至试样位置，闭合圆筒式加热炉(2)；
步骤3：打开圆筒式加热炉(2)同时操控机械臂(1)携带试样向下移动到下限位位置；
步骤4：打开试验台下方介质管路(7)的开关阀，喷头向试样棒的下平面进行喷射；
步骤5：待试样冷却后升回原位，取下试样，读取温度测试仪中温度场的数据。
3.根据权利要求2所述的一种基于可测连续温度场的端淬试验机的测量方法，其特征在于：所述的步骤2中闭合圆筒式加热炉(2)后，打开温度测试仪，设置开始时间，圆筒式加热炉(2)加热到指定温度后保温规定时间。
4.根据权利要求2所述的一种基于可测连续温度场的端淬试验机的测量方法，其特征在于：所述的步骤3中操纵机械臂(1)携带式样向下移动到下限位置，使式样刚好完全进入保温套(6)。
5.根据权利要求2所述的一种基于可测连续温度场的端淬试验机的测量方法，其特征在于：所述的步骤4中的喷射面积至少在半径为6mm所扫范围并且不大于试样端面面积，直至试样另一端温度趋于常温。
6.根据权利要求2所述的一种基于可测连续温度场的端淬试验机的测量方法，其特征在于：所述的步骤5中取下试样后在平行于试样轴线方向上磨制出两个相互平行的平面，用于测量硬度。
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