[發明專利]單晶粒間合金液膜力學特性的測試方法和裝置

在審

• 申請號: 202310011049.6
• 申請日: 2023-01-05
• 公開（公告）號: CN116026704A
• 公開（公告）日: 2023-04-28
• 發明（設計）人: 陳翌慶;馬智力;張凱旋
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: G01N3/18
• 分類號: G01N3/18;G01N3/02;G01N1/28;G01N1/32;G01N1/34
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 孫靜楠;何梅生

本發明公開了一種單晶粒間合金液膜力學特性的測試方法和裝置，涉及力測試技術領域，測試方法包括切割、打磨、獲得單晶圓片、腐蝕和清洗、噴涂、組裝和測試等步驟，裝置的上模具和下模具分別螺紋配合套設至墊設有單晶圓片的上連接螺栓底端和下連接螺栓頂端，兩者的端面開設共軸連通的通孔，通孔內設有合金片。本發明以單晶圓片代替合金凝固后期，合金微觀組織中的初生組織晶粒，構建形如“初生組織?液膜?初生組織”的基本單元試樣，進而基于該基本單元試樣實現兩個單晶粒之間液膜力學特性的測試，從微觀層面實現合金熱裂特性和熱裂機理的研究，對消除合金的熱裂紋缺陷具有重要意義，為合金的實際應用提供理論基礎。

技術領域

本發明涉及熱裂研究領域，具體涉及一種用于熱裂研究的兩個單晶粒之間合金液膜力學特性的研究方法和測試裝置。

背景技術

熱裂紋是合金凝固過程中出現的一種較為嚴重的缺陷。熱裂紋的存在不僅導致生產的成品率降低，不利于生產效率的提升、生產成本的控制，還會對零件的力學性能產生不利影響，嚴重時甚至會導致零件直接報廢。熱裂紋可分為外裂紋和內裂紋。外裂紋位于零件表面，通常可以肉眼直接觀察確定；內裂紋位于零件內部，需以儀器探測確定。與外裂紋相比，內裂紋的危害性更大。

現代研究表明熱裂紋出現在合金凝固后期。該階段內，合金的微觀組織為凝固的晶粒被液膜包圍，具有相當低的強度和延展性，當工件因收縮受阻而產生應力時，應力會作用于液膜上，當應力大于液膜的承受極限時液膜破裂，形成微裂紋。因此，晶間液膜力學特性及斷裂機制的研究對消除熱裂紋缺陷具有重要意義。

現有熱裂研究技術中，均以研究高溫條件下多晶合金試樣拉伸性能來間接推測合金液膜的受力變化規律和斷裂機制，由于多晶晶粒大小不一、晶間液膜厚度不一，且存在復雜的相互耦合作用，難以準確研究晶粒之間液膜受力產生熱裂的微觀機制。本發明方法和測試裝置通過直接測量兩個單晶粒之間合金液膜的受力變化規律，以進一步弄清熱裂形成機理。

發明內容

本發明正是為了避免上述現有技術所存在的不足之處，提供了一種單晶粒間合金液膜力學特性的測試方法和裝置。

本發明為解決技術問題采用如下技術方案，一種單晶粒間合金液膜力學特性的測試方法，包括以下步驟：

第一步，切割

將合金材料切割為指定直徑和厚度的合金片；

第二步，對第一步中獲得的合金片進行打磨，去除合金片表面的氧化膜并使合金片表面平整；

第三步，獲得單晶圓片

市購獲得指定直徑的兩片單晶圓片；

第四步，腐蝕和清洗

使用相應的化學溶劑對所述單晶圓片進行腐蝕去除氧化膜，然后再以無水乙醇對所述單晶圓片進行清洗；

第五步，噴涂

在用于安裝所述合金片的上模具和下模具與合金片接觸的各面，以及所述上模具和下模具之間的接觸面上噴涂氮化硼涂料；

第六步，組裝

將兩片所述單晶圓片分別安裝至上模具和下模具內，然后將所述上模具和下模具安裝至高溫拉伸試驗機上，再將所述合金片夾設限位于兩片單晶圓片之間；

第七步，測試

于高溫拉伸機上將溫度加熱到所述合金片固相線以上某一溫度，并保溫一段時間，使所述合金片相變為液相，并使液相的所述合金片與單晶圓片產生一定的冶金結合，隨后將溫度降低至拉伸測試所需溫度，并進行拉伸測試。

進一步的，所述第六步中，將所述合金片夾設限位于兩片單晶圓片之間時，首先將合金片置入下模具頂端開設的通孔內，再控制高溫拉伸試驗機驅動上模具和下模具合模。