[發明專利]材料殘余應力與表面硬度關系測試方法及裝置

有效

• 申請號: 201710422294.0
• 申請日: 2017-06-07
• 公開（公告）號: CN106990007B
• 公開（公告）日: 2023-03-14
• 發明（設計）人: 趙寬;王帥;薛河
• 申請（專利權）人: 西安科技大學
• 主分類號: G01N3/40
• 分類號: G01N3/40;G01L5/00
• 代理公司: 北京彭麗芳知識產權代理有限公司 11407
• 代理人: 彭麗芳

本發明公開了一種材料殘余應力與表面硬度關系測試方法及裝置，該裝置的底座上從左往右依次安裝有電動機、減速器、彈性連軸器、試樣殘余應力測試裝置，試樣殘余應力測試裝置包括安裝在底座上的左軸承座、右軸承座和絲杠，絲杠的一端通過左滾動軸承與左軸承座相連，并通過彈性連軸器與減速器的右側輸出軸相連；另一端通過右滾動軸承與右軸承座相連，絲杠上裝配絲杠螺母及螺母支架，螺母支架右側安裝壓力傳感器，壓力傳感器右側通過夾具螺母安裝有左試樣夾具。本發明可以實現一定溫度下，通過改變殘余應力加載量，得到殘余應力和硬度的關系；也可以實現一定殘余應力加載量，通過改變溫度，得到殘余應力和硬度的關系。

技術領域

本發明涉及材料測試領域，具體涉及一種材料殘余應力與表面硬度關系測試方法及裝置。

背景技術

在各種機械結構的加工和制造過程中，無法避免地會在結構內部產生的殘余應力，而殘余應力對結構的疲勞強度、抗應力腐蝕能力、尺寸穩定性和使用壽命有著十分重要的影響，因此，研究和測量結構中的殘余應力十分必要，目前殘余應力的測試方法可以分為有損和無損兩大類，有損測試方法主要有鉆孔法、環心法等，無損法主要有X射線法、壓痕法等。有損法對試樣產生一定的破壞或對試樣尺寸及表面處理等要求較高，在實際應用中具有一定的局限性。而壓痕法是一種微損檢測方法，在測試過程中對試樣尺寸、工作條件等要求不高，測試后留下的痕跡可忽略不計，不過，該方法需要建立殘余應力和硬度之間的對應關系。對于金屬試樣，可以利用拉伸試驗設備，通過拉伸試驗或熱處理產生殘余應力，但是拉伸試樣多為縱向安裝，而顯微硬度計通常只能對水平放置的試樣進行測試，因此無法利用顯微硬度計測試金屬試樣的硬度。

發明內容

為解決上述問題，本發明提供了一種材料殘余應力與表面硬度關系測試方法及裝置，不僅可以得到金屬試樣拉伸、熱處理產生的殘余應力與硬度的關系，而且結構簡單、操作方便，設計合理。

為實現上述目的，本發明采取的技術方案為：

材料殘余應力與表面硬度關系測試裝置，包括底座和硬度測試模塊，所述的底座下端兩側對稱安裝有兩絲杠傳動千斤頂，在底座上從左往右依次安裝有電動機、減速器、彈性連軸器、試樣殘余應力測試裝置，所述電動機電機支架安裝在底座上，所述減速器通過減速器安裝架安裝在底座上，且減速器的左側輸入軸通過聯軸器與電動機的輸出軸相連，所述試樣殘余應力測試裝置包括安裝在底座上的左軸承座和右軸承座，還包括一絲杠，絲杠的一端通過左滾動軸承與所述的左軸承座相連，并通過彈性連軸器與減速器的右側輸出軸相連；另一端通過右滾動軸承與右軸承座相連，所述的絲杠上裝配絲杠螺母及螺母支架，所述的螺母支架右側安裝壓力傳感器，所述的壓力傳感器右側通過夾具螺母安裝有左試樣夾具，所述的左試樣夾具通過螺栓與金屬試樣一端相連，金屬試樣的另一端通過螺栓與右試樣夾具相連，所述的右試樣夾具與右軸承座通過螺紋相連，金屬試樣的正下方布置電磁感應加熱裝置，所述的電磁感應加熱裝置與溫度傳感器相連，所述溫度傳感器安裝在右軸承座的正面，硬度測試模塊位于金屬試樣的上方，測試壓頭與金屬試樣的表面相抵。

優選地，所述電動機采用交流伺服電機。

優選地，所述的減速器采用行星齒輪減速器。

優選地，所述硬度測試模塊采用顯微硬度計。

本發明還提供了一種材料殘余應力與表面硬度關系測試方法，包括以下兩種情況：

當溫度恒定，殘余應力加載量改變時，包括如下步驟：

S11、通過機床完成待檢測金屬材料的加工切割，得待測試試樣，并將所得的待測試樣裝于殘余應力測試裝置上；

S12、調節電磁感應加熱裝置，使待測試樣周圍溫度場達到實驗所需大小，在某一確定溫度下，加載殘余應力并獲取該溫度下殘余應力與硬度；