CN111337370A - 陶瓷颗粒增强金属基复合材料磨料磨损性能检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种陶瓷颗粒增强金属基复合材料磨料磨损性能检测装置，包括底座，底座顶部的四个角均固定有液压杆一端，四根液压杆的另一端间隔压力传感器固定在支承座底部，电动机的输出轴与减速器连接，减速器的输出端穿过支承座与圆形转盘连接，支承座一角固定有导轨，导轨上滑动连接有试样夹具，试样夹具中间转动连接第二连杆一端，第二连杆另一端转动链接空心连杆一端，空心连杆的空腔内滑动连接第一连杆一端，第一连杆另一端与转动主轴顶部连接，转动主轴底部与电机输出轴连接；本发明能够稳定夹持不同形状的、尺寸的待测试样，带动试样进行平面往复运动和圆周运动，在试样磨损时加载的载荷范围较大，能够适应不同复合材料的磨损检测使用。
Description
技术领域
本发明属于磨料磨损试验装置技术领域，涉及一种陶瓷颗粒增强金属基复合材料磨料磨损性能检测装置。
背景技术
随着现代化工业的不断发展，传统的单一耐磨材料如高铬铸铁、高锰钢、耐磨金刚等逐渐不能满足实际使用和工业生产需求，研究开发适用于不同磨损工况的新型耐磨复合材料显得尤为重要，陶瓷颗粒增强金属基复合材料因兼具陶瓷颗粒高硬度和金属基体韧性良好的优点，充分利用空间构型增强金属基复合材料的耐磨效果，成为替代传统钢铁耐磨材料的一种优质选择；目前陶瓷颗粒增强金属基复合材料多用于煤炭、建材、冶金、矿山、水泥、电站等产业，并突显出良好的应用前景，然而在金属基复合材料的研发过程中，磨料磨损性能检测装置的迭代更新相对较慢，现有的磨料磨损性能检测装置难以满足陶瓷颗粒增强金属基复合材料研究过程中的需求，限制了技术人员对金属基复合材料制备工艺和结构设计的研究，不利于提高各零部件的机械性能和耐磨性能。
发明内容
为了达到上述目的，本发明提供一种陶瓷颗粒增强金属基复合材料磨料磨损性能检测装置，本发明能稳定夹持不同尺寸和形状的待测试样，并使用液压杆为试样提供进行磨料磨损试验的载荷，载荷的加载范围大，能够满足不同复合材料对加载载荷的要求，且本发明能够带动试样进行平面往复运动和匀速圆周运动，能模拟试样的各种工作条件，对试样的耐磨损性能进行检测。
本发明所采用的技术方案是，陶瓷颗粒增强金属基复合材料磨料磨损性能检测装置，包括底座，所述底座顶面的边缘固定有液压杆的一端，所述液压杆设置3个或3个以上，所述液压杆的另一端与压力传感器的压力端口连接，所述压力传感器另一侧固定在支承座底部，所述压力传感器的信号输出端与显示屏连接，所述支承座底部中间固定有电动机和减速器，所述电动机的输出轴与减速器的输入端连接，所述减速器的输出端穿过支承座与圆形转盘的中心轴连接，所述圆形转盘顶部圆周上设有向上的翻边，所述圆形转盘上还设有一圈弧形凸起，所述弧形凸起的高度低于翻边的高度；
所述支承座的一角固定有导轨，所述导轨的伸展方向与圆形转盘平面平行，所述导轨上滑动连接有试样夹具，所述试样夹具中间转动连接第二连杆一端，所述第二连杆另一端转动连接空心连杆一端，所述空心连杆的空腔内滑动连接第一连杆一端，第一连杆另一端与转动主轴顶部垂直连接，转动主轴底部与电机输出轴连接；
所述试样夹具包括平行设置的第一侧板和第二侧板，所述第一侧板和第二侧板通过连接板固定连接，所述第一侧板与第二侧板之间设有锁紧板，所述第一侧板上设有一个螺纹通孔，所述螺纹通孔旁侧的第一侧板上对称开有两个定位孔，定位销一端在定位孔内滑动连接，所述定位销另一端与锁紧板一侧固定，螺栓紧固件一端穿过螺纹通孔与锁紧板一侧转动连接，所述螺栓紧固件另一端设有旋钮。
进一步的，所述锁紧板与第二侧板的相对侧均设有防滑橡胶。
本发明的有益效果是：(1)本发明能带动试样进行平面往复运动和匀速圆周运动，能够模拟试样的各种工作环境检测试样的耐磨损性能，测试过程中试样夹具对待测试样夹持稳定，圆形转盘和液压杆运行平稳、操控简单；(2)本发明通过调节螺栓紧固件的松紧程度和液压杆的伸缩长度，调整试样夹具和圆形转盘的间距，以进行不同尺寸、不同形状金属基复合材料的磨损性能检测，适用范围较广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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是本发明的整体结构图。
图2是本发明的俯视图。
图3是本发明中试样夹具的结构示意图。
图中，1.转动主轴，2.第一连杆，3.空心连杆，4.第二连杆，5.试样夹具，5-1.第一侧板，5-2.连接板，5-3.锁紧板，6.导轨，7.螺栓紧固件，8.定位销，9.圆形转盘，10.支承座，11.液压杆，12.底座。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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。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。
参照图1、图2，陶瓷颗粒增强金属基复合材料磨料磨损性能检测装置包括长方体状的底座12，底座12顶面的边缘固定有3个或3个以上液压杆11一端，液压杆11的另一端与压力传感器的压力端口连接，压力传感器另一侧固定在支承座10底部，所述压力传感器的信号输出端与显示屏连接，支承座10底面固定有电动机和减速器，电动机的输出轴与减速器的输入端连接，减速器的输出端穿过支承座10与圆形转盘9的中心轴连接，圆形转盘9顶部圆周上设有与圆形转盘9平面垂直的翻边，在圆形转盘9内还设有一圈弧形凸起，弧形凸起的高度低于翻边的高度。
支承座10的一角还固定有导轨6，导轨6的伸展方向与圆形转盘9平面平行，导轨6上滑动连接有试样夹具5，试样夹具5中间转动连接第二连杆4一端，第二连杆4另一端转动连接空心连杆3一端，空心连杆3内部滑动连接第一连杆2一端，第一连杆2另一端与转动主轴1顶部固定，转动主轴1底部与电机输出轴连接。
参照图3，试样夹具5包括平行设置的第一侧板5-1和第二侧板，第一侧板5-1和第二侧板通过连接板5-2固定连接，第一侧板5-1和第二侧板间设有锁紧板5-3，第一侧板5-1上开有一个螺纹通孔，螺纹通孔旁侧的第一侧板5-1上对称开有两个定位孔，定位销8一端在定位孔内滑动连接，定位销8另一端与锁紧板5-3一侧固定，螺栓紧固件7一端穿过螺纹通孔与锁紧板5-3一侧转动连接，螺栓紧固件7另一端设有旋钮，锁紧板5-3和第二侧板的相对侧均设有防滑橡胶，能够增加试样夹具5对试样的夹持稳定性。
本发明用于陶瓷颗粒增强金属基复合材料的磨料磨损性能检测时，可以单独带动待测试样进行平面往复运动或带动圆形转盘9进行圆周运动，也可以同时带动待测试样进行平面往复运动和带动圆形转盘9进行圆周运动，且待测试样运动过程中载荷施加稳定、易于操作。
本发明在工作时将待检测材料置于锁紧板5-3和第二侧板之间，转动螺栓紧固件7端部的旋钮，螺栓紧固件7推动锁紧板5-3将待检测材料固定在锁紧板5-3和第二侧板之间，启动液压杆11给圆形转盘9施加压力，启动电动机带动减速器促使转动主轴1和圆形转盘9做圆周运动，转动主轴1带动第一连杆2、空心连杆3运动，进而带动第二连杆4做弧形的往复运动，第二连杆4带动试样夹具5在导轨6内做平面往复运动，锁紧板5-3和第二侧板之间夹持的待测试样在平面往复运动与圆周运动的综合作用下，与圆形转盘9内的弧形凸起对磨，在对磨过程中可以适当增加液压杆11的伸出长度，给试样与弧形凸起施加压力，检测结束后读取压力传感器上的加载数据，测量试样的质量变化，对试样的磨损性能进行定量分析。
实施例1
使用上述陶瓷颗粒增强金属基复合材料磨料磨损性能检测装置，检测纯基体及掺杂有16目锆刚玉陶瓷颗粒的金属基蜂窝构型复合材料的磨料磨损性能，基体是高铬铸铁金属，陶瓷颗粒增强金属基复合材料的空间构型分别为正六边形、正方形、正三角形和圆形，不同空间构型的待测试样复合区在磨损区所占的面积百分比相同，检测过程如下：
将待测试样置于试样夹具5的锁紧板5-3与第二侧板之间，转动螺栓紧固件7调整锁紧板5-3与第二侧板的间距，将各尺寸和形状的待测试样固定，转动螺栓紧固件7时定位销8能够保证锁紧板5-3位置固定，不会随螺栓紧固件7转动，启动电机带动转动主轴1做匀速圆周运动，转动主轴1的转动速率为30r/min，转动主轴1带动空心连杆3和第二连杆4运动，以带动试样夹具5中的待测试样相对圆形转盘9做平面往复运动，启动电动机、减速器驱动圆形转盘9以15r/min做匀速圆周运动，圆形转盘9上的弧形凸起与待测试样进行对磨，通过调整液压杆11的伸缩长度对待测试样磨损试验加载，加载载荷为30N，圆形转盘9内装有20～40目的石英砂磨料，此时待测试样与磨料对磨，待测试样在试样夹具5平面往复运动和圆形转盘9匀速圆周运动的综合作用下进行磨损测试，磨损测试分为预磨和正式磨损两个阶段，第一阶段预磨30min，第二阶段正式磨损2h，第二阶段平均分为4个磨程，每个磨程30min，在每个磨程结束后使用超声波清洗仪清洗待测试样，风干后使用电子测质量仪器测量待测试样的质量，电子测量仪器的精度为0.0001，测量数据如下：
表1不同空间构型金属基复合材料检测结果
根据如下公式计算各试验组金属基复合材料的磨损区平均密度ρ：
ρ＝ρpα+ρm(1-α)
其中ρ表示金属基复合材料的磨损区平均密度，ρp表示所用16目锆刚玉陶瓷颗粒的密度，ρp为4.6g/cm3，ρm表示高铬铸铁金属密度，ρm为7.8g/cm3，α表示各金属基复合材料的复合区在磨损区所占的百分比，均为31％。
将各试验组金属基复合材料的质量损失与磨损区平均密度ρ作比，计算得到纯基体和不同空间构型的金属基复合材料在各个磨程下的体积损失量如表2所示：
表2纯基体和不同空间构型金属基复合材料的体积损失量
通过Origin软件绘制纯基体和不同空间构型的陶瓷颗粒增强金属基复合材料试样的体积损失量随磨损时间的变化图，分析得到陶瓷颗粒增强金属基复合材料在不同空间构型下耐磨损能力的变化规律。
实施例2
调整金属基复合材料的空间构型和掺杂陶瓷颗粒粒径，试验组1复合材料的空间构型为蜂窝构型，掺杂陶瓷颗粒为14目锆刚玉陶瓷颗粒，金属基为高铬铸铁金属，试验组2复合材料的空间构型为双连续/互穿网格结构，掺杂陶瓷颗粒为80目氧化铝陶瓷颗粒，金属基为高锰钢金属，改变转动主轴1的转动速率为45r/min，圆形转盘9的转动速率为30r/min，圆形转盘9内分别装有20～40目、100～150目的石英砂磨料，加载载荷为30N和50N，磨损试验结束后各待测试样的质量变化如表3所示：
表3不同空间构型复合材料在不同尺寸磨料、载荷下的质量变化情况
计算各复合材料在不同磨损条件下的体积损失量，体积损失量如表4所示：
表4不同空间构型复合材料在不同尺寸磨料、载荷下的体积变化情况
通过Origin软件绘制不同尺寸的陶瓷颗粒增强金属基蜂窝构型复合材料试样及不同载荷下陶瓷颗粒增强金属基双连续/互穿网格结构复合材料试样的体积损失量随磨损时间的变化图，分析得到陶瓷颗粒增强金属基空间构型复合材料在陶瓷颗粒不同掺杂粒径和载荷下耐磨损能力的变化规律。
实施例3
选择掺杂陶瓷颗粒为16目锆刚玉陶瓷颗粒、金属基体为高铬铸铁的金属基蜂窝构型复合材料做待测试样，在磨料磨损检测过程中调整磨损角度为0°、15°、30°，调整转动主轴1的转动速率为20r/min、40r/min、60r/min，圆形转盘9的转动速率为30r/min，圆形转盘9内装有20～40目石英砂磨料，加载载荷为30N，将待测试样在本发明和传统三体磨料磨损性能检测设备进行不同角度、不同磨损速度的磨损测试，测试过程中待测试样的质量变化如表5所示，计算各试验组待测试样的体积损失情况，体积损失量如表6所示。
表5复合材料在不同磨损角度、磨损速度下的质量变化情况
通过Origin软件绘制不同磨损角度的陶瓷颗粒增强金属基蜂窝构型复合材料试样体积损失量随磨损时间的变化图，分析得到陶瓷颗粒增强金属基空间构型复合材料在不同角度下耐磨损能力变化规律及与传统三体磨料磨损性能测试设备进行磨损试验验证。
表6复合材料在不同磨损角度、磨损速度下的体积变化情况
由实施例可知本发明能够稳定夹持不同形状、不同尺寸的待测试样，且能够带动待测试样稳定地进行圆周运动和平面往复运动，加载至待测试样上的载荷范围较广，能够满足陶瓷颗粒增强金属基复合材料的磨料磨损性能检测需求，有利于进行金属基复合材料的制备工艺和结构研究。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。
Claims (2)
1.陶瓷颗粒增强金属基复合材料磨料磨损性能检测装置，其特征在于，包括底座(12)，所述底座(12)顶面的边缘固定有液压杆(11)的一端，液压杆(11)设置3个或3个以上，所述液压杆(11)的另一端与压力传感器的压力端口连接，所述压力传感器另一侧固定在支承座(10)底部，所述压力传感器的信号输出端与显示屏连接，所述支承座(10)底部中间固定有电动机和减速器，所述电动机的输出轴与减速器的输入端连接，所述减速器的输出端穿过支承座(10)与圆形转盘(9)的中心轴连接，所述圆形转盘(9)顶部圆周上设有向上的翻边，所述圆形转盘(9)上还设有一圈弧形凸起，所述弧形凸起的高度低于翻边的高度；
所述支承座(10)的一角固定有导轨(6)，所述导轨(6)的伸展方向与圆形转盘(9)平面平行，所述导轨(6)上滑动连接试样夹具(5)，所述试样夹具(5)中间转动连接第二连杆(4)一端，所述第二连杆(4)另一端转动连接空心连杆(3)一端，所述空心连杆(3)的空腔内滑动连接第一连杆(2)一端，第一连杆(2)另一端与转动主轴(1)顶部垂直连接，转动主轴(1)底部与电机输出轴连接；
所述试样夹具(5)包括平行设置的第一侧板(5-1)和第二侧板，所述第一侧板(5-1)和第二侧板通过连接板(5-2)固定连接，所述第一侧板(5-1)与第二侧板之间设有锁紧板(5-3)，所述第一侧板(5-1)上设有一个螺纹通孔，所述螺纹通孔旁侧的第一侧板(5-1)上对称开有两个定位孔，定位销(8)一端在定位孔内滑动连接，所述定位销(8)另一端与锁紧板(5-3)一侧固定，螺栓紧固件(7)一端穿过螺纹通孔与锁紧板(5-3)一侧转动连接，所述螺栓紧固件(7)另一端设有旋钮。
2.根据权利要求1所述的陶瓷颗粒增强金属基复合材料磨料磨损性能检测装置，其特征在于，所述锁紧板(5-3)与第二侧板的相对侧均设有防滑橡胶。
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