CN205826442U - 高温洛氏硬度计 - Google Patents

Abstract

本实用新型中公开了一种高温洛氏硬度计，包括有一真空密闭的气氛室，所述气氛室内设置有一用于加热试样的加热装置、给所述加热装置的外壳进行冷却的循环水冷装置，以及可伸入所述加热装置内对试样进行加载以形成压痕的硬度测试装置，所述硬度测试装置包括有一压头，其通过对试样的加热和密封结构的改变，使试样在检测的全阶段均与氧气隔离，以防止试样在检测过程中的氧化。

Description

高温洛氏硬度计

技术领域

本实用新型涉及一种高温硬度测试仪器，特别涉及一种高温洛氏硬度计。

背景技术

布氏硬度、洛氏硬度以及维氏硬度的硬度值所代表的物理含义是材料表面抵抗坚硬物体压入的能力，他们可以反映材料的弹性、塑性、强度和韧度的一项综合指标。其中洛氏硬度的测试原理是：在规定条件下，将压头（金刚石圆锥、钢球或硬质合金球）分2个步骤压入试样表面，维持这个压力一定的时间，卸除主试验力后，在初试验力下测量压痕残余深度h，以压痕残余深度h代表硬度的高低。

硬度测试本身是一个破坏性的实验，也就是说，单一的测试方法无法得到同一试样在不同条件下的精准硬度值，但是，材料使用时，不同温度对于材料的硬度影响极大，因而，在诸如工具钢材料、耐磨涂层等高温下使用的材料而言，测试其高温下的不同性能，具有巨大的实用价值。

对金属试样进行高温洛氏硬度检测，需要克服的首要问题就是如何保证高温状态下的金属试样不被空气中的氧气和水蒸气氧化。授权公告号为CN201965064U的实用新型专利（以下称为对比文件1）中公开了一种高温硬度计，其技术方案中通过一外联有真空泵和真空阀门的密闭的金属炉壳对金属样件进行密封，并利用炉壳内的发热体对密封于炉壳内的金属试样进行加热，在加热至预定温度后，需要打开炉壳上的保温门，并将蓝宝石压头伸入炉壳内，并压入试样表面。

对比文件1中的炉壳对于试样的密封，仅仅局限于对试样加热阶段，在加热完成后由于需要将压头压入试样的表面，以测试其高温条件下的洛氏硬度，打开保温门后，试样就会与空气接触，不仅金属试样会迅速发生温度的降低，更为重要的是，金属试样会迅速与空气中的氧气发生氧化反应，尤其是洛氏硬度检测中，需要保持在一定载荷下保持压头与试样的压入状态一段时间在观察残余压痕深度，这个过程中，试样的氧化会在很大程度上干扰硬度测试精度。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种高温洛氏硬度计，其通过对试样的加热和密封结构的改变，使试样在检测的全阶段均与氧气隔离，以防止试样在检测过程中的氧化。

本实用新型的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：一种高温洛氏硬度计，包括有一真空密闭的气氛室，所述气氛室内设置有一用于加热试样的加热装置、给所述加热装置的外壳进行冷却的循环水冷装置，以及可伸入所述加热装置内对试样进行加载以形成压痕的硬度测试装置，所述硬度测试装置包括有一压头。

通过采用上述技术方案，利用气氛室将全部的洛氏硬度检测的装置进行真空密封，在加热时，试样在真空的气氛室内被加热装置加热至检测温度，其后，硬度测试装置则直接在真空状态伸入加热装置内在试样表面进行加载，整个过程中，试样均被气氛室密封，不仅高温的试样不会被空气中的氧气、水蒸气等氧化影响测试结果，并且，气氛室的密封还可以防止试样热量的散失，使检测精度进一步提高。

优选地，所述气氛室包括有一手套箱以及用于控制所述手套箱内氧气浓度的空气控制器，所述手套箱上还外接有一用于给所述气氛室提供氩气的氩气瓶。

通过采用上述技术方案，工业应用中的手套箱是提供纯净环境的常用设备，将其用作气氛室，可以缩短高温洛氏硬度计的加工周期并降低加工成本；并且，手套箱的密封性能良好，加上空气控制器对于氧浓度的控制，可以保证气氛室内环境的纯净满足于测试的要求；而外部的氩气瓶向气氛室内通入氩气，以利用其惰性进一步保护试样不受热氧化。

优选地，所述加热装置包括有一壳体，所述壳体内设置有一用于放置加热体以及待加热试样的加热腔室，以及与所述加热腔室邻接的风冷腔室，所述加热腔室的外壁中设置有用于连接至循环水冷装置以对加热腔室外壁进行冷却的空心流道。

优选地，所述加热装置上还设置有一水冷腔室，且其与风冷腔室一起将加热腔室夹于中间，所述水冷腔室与加热腔室邻接的侧壁上设置有连通至空心流道的入水口和出水口。

通过采用上述技术方案，高温加热的温度要至少高于800度，然而，加热体外接的电源却难以承受如此高的温度，因此，需要加热体上连接外部电路的位置进行可靠的冷却，本方案中直接增加风冷腔室，以风冷的形式对加热体冷端进行冷却，以保证其与外部电路的可靠连接；而加热装置设置于气氛室内，为减少其对气氛室内的其他装置的热辐射，在它的另一侧设置水冷腔室，以将外部冷却水引至加热腔室内的空心流道，对其进行冷却。

优选地，所述加热腔室的底壁上设置有一用于放置试样的安置孔，所述加热体呈U型，所述加热体将所述安置孔包围，所述加热腔室的内壁与加热体外壁之间还填充有保温隔热材料。

通过采用上述技术方案，加热体的加热对象仅是安置孔内的试样，将其设置为U型，并将安置孔包围，可以使其针对性的对试样进行加热，其他位置的保温隔热材料的作用有两个：一是防止加热体的温度散失，影响装置的热效率，二是防止加热体温度自壳体的外壁向外部辐射，影响气氛室内的其他装置，因此，在加热腔室的内壁与加热体外壁之间填充保温隔热材料，即可同时起到保温与隔热的作用。

优选地，所述加热腔室包括有一顶部开口的盒体、铰接于所述盒体侧壁边缘的盖板以及锁紧所述盖板与盒体的锁扣，所述盖板上对应于安置孔的位置处设置有供所述试样露出盒体并与压头接触的透孔，所述盖板与所述加热体之间的距离不小于5㎜。

通过采用上述技术方案，将加热腔室的顶部设置成顶部开口并铰接盖板的形式，有利于向加热腔室内安装试样；试样安装并加热后，需要对其表面进行压痕制作，为防止压头与加热腔室的外壁干涉，在盖板上设置透孔，安装时，只要试样与盖板的外顶壁齐平，竟可以保证压头不伸入加热腔室内，以防止其过热；而将盖板设置的距离加热体不小于5㎜的高度处，可以在加热体与盖板之间形成一层空气隔热层，加上盖板内的空心流道的水冷作用，盖板向外的热辐射可以降至最低。

优选地，所述加热体为串联至外部电路的至少两根硅钼棒。

通过采用上述技术方案，硅钼棒为阻性电热元件，其在高温下发生氧化后会在表面生成一层石英玻璃膜，以防止其进一步氧化，因而其具有独特的高温抗氧化性，并且，其最高的使用温度可以达到1800摄氏度，可以满足于高温维氏硬度检测的加热温度需要；并且，由于硅钼棒的阻值不随使用时间的长短而发生变化，因此，串联两根至多根硅钼棒，当其中的部分硅钼棒失效时，其他硅钼棒还可以起作用，以保证对于试样的可靠加热温度。

优选地，所述压头为CBN材料制成的压头。

通过采用上述技术方案，硅钼棒可以将试样加热至1600摄氏度至1800摄氏度，在这样的高温环境下，普通的蓝宝石压头等均会发生碎裂，从而难以完成在试样表面加工出压痕的工作，CBN的晶体结构与钻石相近，虽然硬度略低于钻石，但是，仍旧高于一般的宝石压头，且其造价较低，在满足于使用要求的前提下，制造成本较低。

综上所述，本实用新型具有以下有益效果：

（1）手套箱配合空气控制器形成真空的气氛室，整个洛氏硬度测试过程在气氛室中进行，可以有效防止高温试样在压痕形成过程中与空气接触而被氧化。

（2）在气氛室设置之后，取消对于加热装置的密封要求，而直接在其上设置压头伸入的透孔，相较于整体打开加热炉体的门的恶性是，热量散失小，对于其他硬度检测元件的热辐射减小。

（3）利用硅钼棒作为加热体，较之现有技术中利用电阻丝加热的形式，其可以获得高于1600摄氏度甚至到1800摄氏度的高温，将有利于提升高温硬度检测的温度极限值。

（4）配合硅钼棒可以达到的高温，将压头配合采用CBN材料制作，则可以提高压头的使用寿命。

附图说明

图1是整个设备的安装结构视图；

图2加热装置的外部结构视图；

图3是打开盖板后的加热装置内部结构视图；

图4是加热腔室与底板的连接结构视图。

图中，1、气氛室；10、手套箱；11、空气控制器；12、氩气瓶；2、加热装置；20、底板；21、风冷腔室；210、U型腔；211、冷风机；212、盒盖；213、散热孔；22、加热腔室；220、安置孔；221、盖板；222、透孔；23、水冷腔室；230、进水口；231、出水口；24、限位块；25、锁扣；26、保温隔热材料；27、硅钼棒；3、循环水冷装置；4、硬度测试装置；40、CBN压头。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

一种高温洛氏硬度计，包括有一气氛室1，其包括有一提供纯净的无氧、无水气纯净环境的手套箱10、设置于手套箱10内部、用于控制手套箱10内的氧气、水汽浓度的空气控制器11，以及一个设置在手套箱外部的氩气瓶12，空气控制器11将手套箱10内的氧气浓度控制在1ppm以下，氩气瓶12通过软管将氩气输入至手套箱10内，以使其内部充满化学性质不活泼的氩气，防止金属试样的氧化。

加热装置2固定设置在气氛室1内，其具体结构叙述如下：加热装置2包括有依次展开的三个部分：风冷腔室21、加热腔室22以及水冷腔室23，如图3中所示，加热腔室22包括有一顶部开口的盒体，其顶部的开口上铰接有盖板221，盖板221上与铰接的一端相对的边上还设置有锁扣25，用于锁合盖板221与盒体的盖合关系；盒体底部的中央位置处设置有一安置孔220，用于放置待检验试样，盖板221上还设置有一穿透盖板221的圆形透孔222，用于试样安装好后伸出于进行检验，并且，在试样安装好之后，其顶部应当至少与盖板的外顶壁齐平。

加热体采用U型设置的硅钼棒27，硅钼棒27的两个端部延伸至风冷腔室21内，硅钼棒27环绕于安置孔220的外圈，以环绕加热的方式对试样进行加热，硅钼棒27的外圈与盒体的内壁之间填充保温隔热材料26，其可以采用聚氨酯材料，防止硅钼棒27的热量散失至气氛室1内，为防止硅钼棒27的热量对气氛室1内的其他装置产生影响，盖板221与硅钼棒27之间的垂直距离不小于5㎜，以使两者之间间隔形成一空气层，阻止热量的散失。

如图4中所示，风冷腔室21包括有一用于硅钼棒27穿过的U型腔210，U型腔210的底部向远离加热腔室22的一端延伸形成有一底板20，底板20上设置有若干限位块24，用于限定安装至底板20上的盒盖212，盒盖212的外壁上固定设置有连通至风冷腔室21内部的冷风机211，以向底板20和盒盖212之间的空间吹入冷风，以对硅钼棒27上链各个端部上的通电电缆进行冷却，盒盖212的另一侧壁上还设置有若干散热孔213，用于排出盒盖212内的高温气体。

如图3中所示，水冷腔室23设置于加热腔室22的另一端，其内设置有两根水管，加热腔室22的盒体上（包括盖板221）内均设置有空心流道（图中未示出），两根水管均连通至空心流道内，以对加热腔室22进行循环水冷却，水冷腔室23上远离加热腔室22的一侧壁上设置有进水口230和出水口231，两根水管自两个水口进入水冷腔室23，以将循环冷水引入、将热交换后的热水引出加热装置2。

加热装置2上设置硬度测试装置4，其包括有一自动转塔台以及固定于其上的CBN压头40，需要对试样进行压制时，自动转塔台带动CBN压头40转至与盖板221上的透孔222相对的位置，并驱动其下压完成试样表面的加载工作；此处采用CBN材料制成的压头，主要是为配合硅钼棒27的加热温度，硅钼棒27可以将试样加热至1600至1800摄氏度，而在这个温度下，普通的蓝宝石压头在加载一段时间后会碎裂，因此，本方案中采用CBN压头40，以适应高温下的硬度检测。

本实施例的使用步骤叙述如下：

首先调整好气氛室1内的氧气浓度后，开启盖板221，将试样固定至安置孔220内；

盖合并通过锁扣25锁紧加热腔室22,后，给硅钼棒27通电，使其开始产生热量对试样进行加热，并同时启动循环水冷装置3；

待加热温度达到预设值后，驱动CBN压头40对准透孔222，使试样与CBN压头40正对；

对CBN压头40加载，使其在试样表面产生压痕；

检测试样表面的压痕的残余深度，以计算得出试样材料在高温下的洛氏硬度值。

本具体实施例仅仅是对本实用新型的解释，其并不是对本实用新型的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本实用新型的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (8)

1.一种高温洛氏硬度计，其特征是：包括有一真空密闭的气氛室(1)，所述气氛室(1)内设置有一用于加热试样的加热装置(2)、给所述加热装置(2)的外壳进行冷却的循环水冷装置(3)，以及可伸入所述加热装置(2)内对试样进行加载以形成压痕的硬度测试装置(4)，所述硬度测试装置(4)包括有一压头。

2.根据权利要求1所述的高温洛氏硬度计，其特征是：所述气氛室(1)包括有一手套箱(10)以及用于控制所述手套箱(10)内氧气浓度的空气控制器(11)，所述手套箱（10）上还外接有一用于给所述气氛室（1）提供氩气的氩气瓶（12）。

3.根据权利要求2所述的高温洛氏硬度计，其特征是：所述加热装置(2)包括有一壳体，所述壳体内设置有一用于放置加热体的加热腔室(21)以及用于放置试样的置物腔室(22)，所述置物腔室(22)的外壁内部设置有用于连接至循环水冷装置(3)的空心流道。

4.根据权利要求3所述的高温洛氏硬度计，其特征是：所述加热装置(2)上还设置有一水冷腔室(23)，且其与风冷腔室(21)一起将加热腔室(22)夹于中间，所述水冷腔室(23)与加热腔室(22)邻接的侧壁上设置有连通至空心流道的入水口和出水口(231)。

5.根据权利要求3或4所述的高温洛氏硬度计，其特征是：所述加热腔室(22)的底壁上设置有一用于放置试样的安置孔(220)，所述加热体呈U型，所述加热体将所述安置孔（220）包围，所述加热腔室(22)的内壁与加热体外壁之间还填充有保温隔热材料(26)。

6.根据权利要求5所述的高温洛氏硬度计，其特征是：所述加热腔室（22）包括有一顶部开口的盒体、铰接于所述盒体侧壁边缘的盖板(221)以及锁紧所述盖板(221)与盒体的锁扣(25)，所述盖板(221)上对应于安置孔(220)的位置处设置有供所述试样露出盒体并与压头接触的透孔（222），所述盖板（221）与所述加热体之间的距离不小于5㎜。

7.根据权利要求3所述的高温洛氏硬度计，其特征是：所述加热体为串联至外部电路的至少两根硅钼棒(27)。

8.根据权利要求7所述的高温洛氏硬度计，其特征是：所述压头为CBN材料制成的压头。