[發明專利]一種確定冷熱循環條件下金屬材料尺寸變化臨界條件的方法

在審

• 申請號: 201710458592.5
• 申請日: 2017-06-16
• 公開（公告）號: CN107271475A
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發明（設計）人: 喬菁;楊文澍;武高輝;徐哲強;姜龍濤;張強
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01N25/12
• 分類號: G01N25/12
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所23109
• 代理人: 李紅媛

技術領域

本發明涉及一種確定冷熱循環條件下金屬材料尺寸變化臨界條件的方法。

背景技術

尺寸穩定性對保持精密儀器的精度具有重要意義。金屬及金屬基復合材料在無負載條件下的尺寸穩定性是指在工作環境條件下不受外力作用時試樣抵抗永久變形的能力。

目前無負載條件下尺寸穩定性的評價方法有X射線測量宏觀殘余應力、采用“指形”試樣長時間檢測長度隨時間變化、圓環開口法測量殘余應力等。

X射線測試宏觀殘余應力需要材料彈性各向同性，且表面應力為平面應力狀態，實際中這些條件不能完全滿足。且該方法無法直接表示試樣尺寸的變化量，不同材料測量結果也難以進行比較。

采用“指形”試樣長時間檢測長度隨時間變化可直觀反映材料的尺寸穩定性。但該方法測試周期長(需一年以上)，且測量精度較低，比較不同尺寸穩定化處理工藝的差別極為困難，可操作性較差。

圓環開口法通過精確測量標準圓環試樣開口后的即時尺寸變化量，比較材料中宏觀殘余應力水平的高低，該方法較好的模擬了實際零件情況，測量精度也較高。但屬于破壞性測試，測量結果也不能反映試樣尺寸隨環境變化的全過程。

發明內容

本發明是要解決現有方法不能直觀反映材料的尺寸穩定性，測量精度低，可操作性差，且不能反映試樣尺寸隨環境變化的全過程的問題，而提供一種確定冷熱循環條件下金屬材料尺寸變化臨界條件的方法。

本發明一種確定冷熱循環條件下金屬材料尺寸變化臨界條件的方法是按以下步驟進行：

一、將待評價金屬材料制備成測試試樣，并量取試樣初始長度L₀；

二、依據待評價金屬材料實際需要設定冷熱循環溫度的幅度T_lower～T_upper，采用雙頂桿熱膨脹儀測量每次冷熱循環后試樣的尺寸，得到試樣尺寸變化量-時間曲線和試樣溫度-時間曲線；

三、通過試樣尺寸變化量-時間曲線和試樣溫度-時間曲線讀取每次冷熱循環后測試試樣在溫度為20℃時相比于初始尺寸的單位長度形變量，得到材料單位長度形變量-循環次數曲線；

四、采用指數函數對材料單位長度形變量-循環次數曲線中的數據進行擬合，得到單位長度形變量-循環次數擬合曲線；

五、對材料單位長度形變量-循環次數擬合曲線作切線，當切線斜率絕對值達到10^-6時對應的單位長度形變量即為條件變形極限；

六、改變設定的冷熱循環溫度的幅度，重復步驟二至步驟五，通過4～8次冷熱循環溫度的幅度的改變，得到不同冷熱循環溫度幅度下的條件變形極限；

七、對條件變形極限-冷熱循環溫度幅度進行線性擬合，得到條件變形極限-冷熱循環溫度幅度曲線，外推至條件變形極限為0處，所對應的溫度變化幅度即為微變形臨界溫度幅度，得到的微變形臨界溫度幅度作為定量的表征冷熱循環過程開始發生尺寸變化的臨界條件。

本發明的有益效果是：

1、本發明采用雙頂桿熱膨脹儀測量試樣冷熱循環下的尺寸穩定性可在2天內得到測試結果，具有測試時間短，精度高，能反應尺寸變化全過程的優點。對測量所得數據進行處理，用條件變形極限來衡量試樣的最終變形量具有可靠，處理簡單的特點；方便比較不同材料的尺寸穩定性差異。以往冷熱循環實時檢測法僅以循環一定次數后的尺寸變化量作為尺寸穩定性的變化指標。不足以評價尺寸穩定性全部特征。采用本發明所提的微變形量臨界溫度幅度指標可定量的表征冷熱循環過程開始發生尺寸變化的臨界條件。具有重要的工程意義。

附圖說明

圖1為實施例一中試樣尺寸變化量-時間曲線；

圖2為實施例一中試樣溫度-時間曲線；

圖3為實施例一中材料單位長度形變量-循環次數擬合曲線；其中m點為切線斜率絕對值達到10^-6對應的條件變形極限，n點為切線斜率絕對值達到10^-6的切點；

圖4為實施例一中條件變形極限-冷熱循環溫度幅度曲線，其中d點為微變形臨界溫度幅度；

圖5為實施例一至實施例五的材料單位長度形變量-循環次數擬合對比曲線，其中1為實施例二，2為實施例三，3為實施例四，4為實施例一，5為實施例五。

具體實施方式

具體實施方式一：本實施方式一種確定冷熱循環條件下金屬材料尺寸變化臨界條件的方法是按以下步驟進行：

一、將待評價金屬材料制備成測試試樣，并量取試樣初始長度L₀；