CN116046587A - 一种基于冲击磨损性能的高通量评价装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于冲击磨损性能的高通量评价装置及方法，通过改变实验过程中的力学参数，分别模拟材料在不同冲击工况下的工作环境，并通过安装设置最高8组样品的方式，可实现高通量评价金属或复合材料的冲击磨损性能。本发明对于快速、系统、高通量评价复合材料冲击磨损性能，研究冲击磨损机制具有可观的应用前景，快速提高耐冲蚀材料的研发速度，缩短研发周期。

Description

一种基于冲击磨损性能的高通量评价装置及方法

技术领域

本发明属于耐磨材料测试技术领域，具体涉及一种基于冲击磨损性能的高通量评价装置及方法。

背景技术

冲击磨损是工程中的一种特殊磨损方式，是动载下的三体磨料磨损，是冲击与滑动摩擦磨损等过程的复合。其广泛存在于各种工况中，冶金、电力、建材、建筑、化工、煤炭和机械行业的机械设备因受强烈的磨料磨损而年耗钢铁易损件数量巨大。根据铸造耐磨材料产业技术路线图中数据显示，2009年耐磨铸件年用量约350余万吨，折合人民币400余亿元。

评定材料的摩擦学性能是否符合工况要求，尤其是抗冲击磨损性能显得尤为重要。目前广泛应用的冲击磨损性能评价装置存在测试周期长，维护成本高，制造工艺复杂的缺陷，无法全面表征材料性能。制备一种低成本、可靠、高效的评价装置成为亟需解决的问题。。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于冲击磨损性能的高通量评价装置及方法，通过将材料置于冲击磨损的试验工况下，能够考察材料在冲击磨损环境下抵抗动载下三体磨料磨损的能力，用于解决现有装置无法实现高通量评定的技术问题。

本发明采用以下技术方案：

一种基于冲击磨损性能的高通量评价装置，包括工作台，工作台上间隔设置有多个测试试样，每个测试试样的一侧对应设置有侧向力调整机构，测试试样的上方设置有压块试样，压块试样上方连接对应的法向力传感器。

具体的，侧向力调整机构与压块试样之间设置有测试块，测试块与侧向力调整机构之间设置有侧向力传感器。

进一步的，测试块的测试角度为10°、20°或30°。

具体的，测试试样为方形结构。

进一步的，测试试样的尺寸为(40～60)*30*30mm。

更进一步的，压块试样的尺寸为

或

具体的，测试试样的数量小于等于8。

具体的，压块试样为压辊。

本发明的另一技术方案是，一种基于冲击磨损性能的高通量评价方法，其特征在于，包括以下步骤：

将测试试样安装到夹具中，对应安装配套的压块试样；根据需求安装不同组数的测试块，调整测试角度；设置冲击振幅、频率、试验力和测试时间，对测试试样进行测试得到横向力与法向力曲线，完成高通量评价。

具体的，冲击振幅为0～150mm，频率为1～10Hz，试验力为100～3000N，测试时间小于等于24h。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明一种基于冲击磨损性能的高通量评价装置，工作台上设置多个测试试样，并安装有侧向力传感器与法向力传感器，能够实现多个样品的多参数测试，实现样品冲击磨损性能的高通量评价。

进一步的，侧向力调整机构固定与压块试样之间有测试块，与测试块之间有侧向力传感器，测试块的设置能够调整测试试样的冲击角度，侧向力传感器能够实时读取侧向力指标。

进一步的，测试角度一共包括10°、20°、30°三种测试斜面，测试斜面角度的选取导致侧向力的不同，可以根据实际需求选择合适的测试斜面。

进一步的，测试试样为方形结构，易于切割与固定，并且可以得到更加可靠的实验数据。

进一步的，方形测试试样尺寸为60*30*30mm，尺寸过小不宜固定，尺寸过大导致样品晃动干扰其余工作组。

进一步的，配套的压块试样尺寸为

三种规格，可以根据不同方形测试试样选择不同规格。

进一步的，试验工作平台上最多可以同时放置8对工作组，同时测定8组试样的冲击磨损性能，同时输出横向力与法向力曲线，实现高通量评定。同时输出多组参数，更真实的反应样品冲击磨损性能。

进一步的，压块试样为压辊，可选用多种材料，一般为20CrMnTi，经渗碳处理，硬度60HRC以上，可以提高使用寿命。

一种基于冲击磨损性能的高通量评价方法，测试步骤，能够实现多个测试试样同时测定横向力与法向力曲线，实现高通量评价。

进一步的，冲击振幅为0～150mm，频率为1～10Hz，试验力为100～3000N，测试时间不超过24h，较大范围的参数设置可以更真实的体现样品性能参数。

综上所述，本发明可以同时测试最高8组实验试样，同时输出横向力曲线和法向力曲线，实现材料冲击磨损性能的高通量评定，提高实验效率以及实验的可信度。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明高通量评价装置结构示意图。

其中，1.侧向力调整机构；2.侧向力传感器；3.测试块；4.上球铰；5.压块试样；6.法向力传感器；7.测试试样；8.工作台；9.测试试样固定块。

具体实施方式

下面将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。

本发明中，如果没有特别的说明，本文所提到的所有实施方式以及优选实施方法可以相互组合形成新的技术方案。

本发明中，如果没有特别的说明，本文所提到的所有技术特征以及优选特征可以相互组合形成新的技术方案。

本发明中，如果没有特别的说明，百分数(％)或者份指的是相对于组合物的重量百分数或重量份。

本发明中，如果没有特别的说明，所涉及的各组分或其优选组分可以相互组合形成新的技术方案。

本发明中，除非有其他说明，数值范围“a～b”表示a到b之间的任意实数组合的缩略表示，其中a和b都是实数。例如数值范围“6～22”表示本文中已经全部列出了“6～22”之间的全部实数，“6～22”只是这些数值组合的缩略表示。

本发明所公开的“范围”以下限和上限的形式，可以分别为一个或多个下限，和一个或多个上限。

本发明中，本文中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

本发明中，除非另有说明，各个反应或操作步骤可以顺序进行，也可以按照顺序进行。优选地，本文中的反应方法是顺序进行的。

除非另有说明，本文中所用的专业与科学术语与本领域熟练人员所熟悉的意义相同。此外，任何与所记载内容相似或均等的方法或材料也可应用于本发明中。

本发明提供了一种基于冲击磨损性能的高通量评价装置及方法，通过将材料置于工作台上，可以最多放置8组工作组，通过设定材料的不同测试参数，可以实现多组材料冲击磨损性能的高通量评定。本发明通过增加工作组，设定侧向力，垂向力参数，分别模拟试样在多种服役环境的工况，实现高通量评价金属或复合材料的冲击磨损性能特性。本发明对于快速、系统、高通量评价复合材料冲击磨损性能具有可观的应用前景。

请参阅图1，本发明一种基于冲击磨损性能的高通量评价装置，包括侧向力调整机构1、侧向力传感器2、测试块3、上球铰4、压块试样5、法向力传感器6、测试试样7、工作台8和测试试样固定块9。

两个测试试样7间隔设置在工作台8上，每个测试试样7一侧的工作台8上对应设置有侧向力调整机构1，两个侧向力调整机构1位于测试试样7的左右两侧，每个测试试样7通过一个测试试样固定块9连接对应的压块试样5，压块试样5上方通过上球铰4连接对应的法向力传感器6。

侧向力调整机构1的前端设置有测试块3，测试块3与侧向力调整机构1之间设置有侧向力传感器2。

压块试样5为压辊，可选用多种材料，一般为20CrMnTi，经渗碳处理，硬度60HRC以上，测试试样7为方形结构，与具体实验要求有关。

工作台8上最多能够同时放置8对工作组，同时测定8组测试试样7的冲击磨损性能，同时输出横向力与法向力曲线，实现高通量评定。

本发明一种基于冲击磨损性能的高通量评价方法，包括以下步骤：

S1、将待测的测试试样7安装至夹具中，并将配套的压块试样5安装完成；

测试试样7为方形结构，尺寸为60*30*30mm，配套的压块试样5的尺寸为

三种规格。

S2、根据需求安装不同组数的测试块，调整测试角度；

测试块最高可以安装8组，测试角度包括10°、20°、30°三种测试斜面。

S3、设置冲击振幅、频率、试验力、测试时间参数，测试材料冲击磨损性能，实现高通量评价。

冲击振幅为0～150mm，频率为1～10Hz，试验力为100～3000N，测试时间不超过24h。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

实施例1

1)将待测的方形测试试样安装至夹具中，并将配套的压块试样安装完成，方形测试试样尺寸为40*30*30mm，配套的压块试样尺寸为

2)根据需求安装不同组数的测试块，调整测试角度为20°，安装8组测试块；

3)设置冲击振幅、频率、试验力、测试时间等参数，测试材料冲击磨损性能，实现高通量评价，冲击振幅为0mm，频率为1Hz，试验力为100N，测试时间为10h。

实施例2

1)将待测的方形测试试样安装至夹具中，并将配套的压块试样安装完成，方形测试试样尺寸为60*30*30mm，配套的压块试样尺寸为

2)根据需求安装不同组数的测试块，调整测试角度为10°，安装8组测试块；

3)设置冲击振幅、频率、试验力、测试时间等参数，测试材料冲击磨损性能，实现高通量评价，冲击振幅为150mm，频率为10Hz，试验力为3000N，测试时间为24h。

实施例3

1)将待测的方形测试试样安装至夹具中，并将配套的压块试样安装完成，方形测试试样尺寸为60*30*30mm，配套的压块试样尺寸为

2)根据需求安装不同组数的测试块，调整测试角度为30°，安装8组测试块；

3)设置冲击振幅、频率、试验力、测试时间等参数，测试材料冲击磨损性能，实现高通量评价，冲击振幅为55mm，频率为5Hz，试验力为1200N，测试时间为10h。

实施例4

1)将待测的方形测试试样安装至夹具中，并将配套的压块试样安装完成，方形测试试样尺寸为60*30*30mm，配套的压块试样尺寸为

2)根据需求安装不同组数的测试块，调整测试角度为30°，安装8组测试块；

3)设置冲击振幅、频率、试验力、测试时间等参数，测试材料冲击磨损性能，实现高通量评价，冲击振幅为20mm，频率为8Hz，试验力为2000N，测试时间为10h。

实施例5

1)将待测的方形测试试样安装至夹具中，并将配套的压块试样安装完成，方形测试试样尺寸为60*30*30mm，配套的压块试样尺寸为

2)根据需求安装不同组数的测试块，调整测试角度为10°，安装8组测试块；

3)设置冲击振幅、频率、试验力、测试时间等参数，测试材料冲击磨损性能，实现高通量评价，冲击振幅为15mm，频率为5Hz，试验力为1500N，测试时间为10h。

通过以上具体的实施例，可以看出本实验装置可以通过设定不同实验参数，同时装填8组实验试样来实现材料冲击磨损性能的高通量评定。

综上所述，本发明一种基于冲击磨损性能的高通量评价装置及方法，通过改变实验过程中的力学参数，分别模拟材料在不同冲击工况下的工作环境，并通过安装设置最高8组样品的方式，可实现高通量评价金属或复合材料的冲击磨损性能。本发明对于快速、系统、高通量评价复合材料冲击磨损性能，研究冲击磨损机制具有可观的应用前景，快速提高耐冲蚀材料的研发速度，缩短研发周期。

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 (10)

1.一种基于冲击磨损性能的高通量评价装置，其特征在于，包括工作台(8)，工作台(8)上间隔设置有多个测试试样(7)，每个测试试样(7)的一侧对应设置有侧向力调整机构(1)，测试试样(7)的上方设置有压块试样(5)，压块试样(5)上方连接对应的法向力传感器(6)。

2.根据权利要求1所述的基于冲击磨损性能的高通量评价装置，其特征在于，侧向力调整机构(1)与压块试样(5)之间设置有测试块(3)，测试块(3)与侧向力调整机构(1)之间设置有侧向力传感器(2)。

3.根据权利要求2所述的基于冲击磨损性能的高通量评价装置，其特征在于，测试块(3)的测试角度为10°、20°或30°。

4.根据权利要求1所述的基于冲击磨损性能的高通量评价装置，其特征在于，测试试样(7)为方形结构。

5.根据权利要求4所述的基于冲击磨损性能的高通量评价装置，其特征在于，测试试样(7)的尺寸为(40～60)*30*30mm。

6.根据权利要求5所述的基于冲击磨损性能的高通量评价装置，其特征在于，压块试样(5)的尺寸为

或

7.根据权利要求1所述的基于冲击磨损性能的高通量评价装置，其特征在于，测试试样(7)的数量小于等于8。

8.根据权利要求1所述的基于冲击磨损性能的高通量评价装置，其特征在于，压块试样(5)为压辊。

9.一种基于冲击磨损性能的高通量评价方法，其特征在于，利用权利要求1至8中任一项所述基于冲击磨损性能的高通量评价装置，包括以下步骤：

将测试试样安装到夹具中，对应安装配套的压块试样；根据需求安装不同组数的测试块，调整测试角度；设置冲击振幅、频率、试验力和测试时间，对测试试样进行测试得到横向力与法向力曲线，完成高通量评价。

10.根据权利要求9所述的基于冲击磨损性能的高通量评价方法，其特征在于，冲击振幅为0～150mm，频率为1～10Hz，试验力为100～3000N，测试时间小于等于24h。

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