[實用新型]一種使用PC機控制的載荷-位移曲線壓痕測試裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201220515340.4
• 申請日: 2012-10-09
• 公開（公告）號: CN202869895U
• 公開（公告）日: 2013-04-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 程建強;陳懷寧;李東旭;陳靜;劉貴新
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院金屬研究所;沈陽消應(yīng)爆破工程有限公司
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G01N3/42;G01N3/02
• 代理公司: 沈陽優(yōu)普達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及材料力學(xué)性能的測試裝置，具體為一種使用PC機控制的金屬材料載荷-位移曲線壓痕測試裝置。?

背景技術(shù)

目前測定金屬材料常規(guī)力學(xué)性能（如彈性模量、加工硬化指數(shù)、屈服強度、抗拉強度、硬度等）包括直接和間接法兩大類，這兩大類方法中又涉及到多種不同的材料性能測試或估算類型，現(xiàn)有技術(shù)領(lǐng)域中金屬材料力學(xué)性能檢測方法如圖4所示。?

在上述方法中，示值壓痕技術(shù)由于對結(jié)構(gòu)的非破壞性而受到重視，本實用新型涉及的壓痕測試裝置即是基于上述方法中的無損型微米級壓痕技術(shù)，通過測量壓頭壓入過程中施加的載荷大小和壓入深度，獲得準(zhǔn)確的載荷-位移曲線，進(jìn)而通過合適的力學(xué)模型計算得到材料的壓痕硬度、彈性模量、屈服強度等力學(xué)性能指標(biāo)。?

基于納米壓痕技術(shù)的納米壓痕儀壓入深度一般控制在納米級別，主要用于涂層和薄膜材料的性能測試，由于對樣品表面狀態(tài)、工作環(huán)境等要求十分嚴(yán)格，納米壓痕儀很難直接應(yīng)用于工程現(xiàn)場。另外，高昂的價格也限制了納米壓痕儀的推廣應(yīng)用。?

基于微米級壓痕技術(shù)的壓痕測試裝置不需要苛刻的工作環(huán)境，但是現(xiàn)有的一些力學(xué)性能壓痕測試裝置通常存在體積龐大、重量重、成本高等特點，不適合現(xiàn)場應(yīng)用和工業(yè)推廣。?

中國專利申請?zhí)枮?01020299023.4描述了一種便攜型壓痕性能?測試系統(tǒng)，可以直接應(yīng)用于工程現(xiàn)場。但該壓痕測試系統(tǒng)也存在一些問題。例如：①所述壓痕測試系統(tǒng)使用觸摸屏作為操作界面，無法實時觀察載荷-位移曲線，數(shù)據(jù)在可編程控制器和觸摸屏之間的傳遞會引起數(shù)據(jù)失真現(xiàn)象，零點只能人工判斷，增大了人為因素對實驗過程的影響；②所述壓痕測試系統(tǒng)的機械部分位移傳感器暴漏在外面，位移傳感器測量桿與壓頭平齊，實驗過程中容易受到磕碰影響位移傳感器的穩(wěn)定；③機械部分用于導(dǎo)向的滑塊和導(dǎo)向柱之間存在摩擦力，對載荷傳感器的測量有不利影響。?

實用新型內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足之處，本實用新型要解決的問題在于提供了一種使用PC機控制的載荷-位移曲線壓痕測試裝置。?

本實用新型采用如下的技術(shù)方案：?

一種使用PC機控制的金屬材料載荷-位移曲線壓痕測試裝置，包括機械部分和控制部分，該機械部分與控制部分通過數(shù)據(jù)傳輸線連接，其特征在于：?

所述機械部分包括壓力傳感器和位移傳感器，機械部分的一端部設(shè)置有壓頭，所述壓頭固定在一壓頭柄的一端并穿過機械部分的底板，壓頭柄的另一端連接有壓力傳感器；所述機械部分的一端部設(shè)置有步進(jìn)電機，所述步進(jìn)電機通過電機的絲杠下端與壓力傳感器連接；?

位移傳感器通過L型位移傳感器支架與壓頭柄相平行相連，位移傳感器的測量桿位于機械部分的底板以上并與底板接觸，用于測定壓頭壓入被測材料表面的位移大小。?

進(jìn)一步地，所述控制部分包括步進(jìn)電機驅(qū)動器、可編程序控制器和PC機。?

其中可編程序控制器的輸出端連接所述步進(jìn)電機驅(qū)動器的輸入端，所述步進(jìn)電機驅(qū)動器的輸出端與所述機械部分的步進(jìn)電機輸入端連接，驅(qū)動步進(jìn)電機的運行，所述PC機與可編程序控制器通過數(shù)據(jù)線連接并互通信號，同時PC機也是數(shù)據(jù)處理工具。?

所述機械部分的壓力傳感器與位移傳感器分別通過A/D數(shù)模轉(zhuǎn)化模塊與可編程序控制器的輸入端相連，并將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)傳遞至可編程序控制器內(nèi)。?

進(jìn)一步地，所述PC機與可編程序控制器之間的數(shù)據(jù)線采用USB-RS232數(shù)據(jù)線。?

進(jìn)一步地，所述步進(jìn)電機為兩相混合式直線型步進(jìn)電機，該電機上設(shè)置有導(dǎo)向裝置，所述導(dǎo)向裝置緊貼在步進(jìn)電機下方并與步進(jìn)電機連接成一體，步進(jìn)電機的絲杠上有沿軸向的半圓形凹槽，導(dǎo)向裝置內(nèi)與電機絲杠接觸部分有一半徑與絲杠上半圓形凹槽半徑相同的圓柱形銅條卡入半圓形凹槽內(nèi)，二者配合防止電機周向轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)電機導(dǎo)向。?

進(jìn)一步地，所述半圓形凹槽的半徑為0.5mm。?

進(jìn)一步地，所述壓頭為直徑小于等于1mm的金剛石球形壓頭。?

進(jìn)一步地，底板下面固定連接有磁性表座或固定支架，將該測試裝置機械部分固定在被測材料表面。?

經(jīng)過重新設(shè)計的壓痕測試裝置分為機械部分和電氣部分，命名為“IBIT-2壓痕性能測試系統(tǒng)”，該機械部分與該電氣部分通過數(shù)據(jù)傳輸線連接。?