專利名稱：鋼的熱疲勞性能測試和分析方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋼的熱疲勞性能測試和分析方法，屬金屬材料性能測試和分析領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
熱疲勞是指金屬材料在冷熱循環(huán)交替作用下，表面會形成網(wǎng)狀裂紋的現(xiàn)象。熱疲 勞是熱作模具鋼失效的主要原因之一。
目前關(guān)于熱作模具鋼熱疲勞性能的評定主要是對照Uddeholm熱疲勞評定標準圖 譜。這種評定方式由于是圖片的人工對照，因此結(jié)果是不精確的，人為引起的誤差很 大。此外，雖然現(xiàn)在也有研究人員用疲勞后裂紋的長度來評定熱疲勞性能的好壞，但 是這種方法所考慮的范圍過窄，沒有考慮到裂紋的形態(tài)、分布情況等因素，因此所得 結(jié)論存在著一定的爭議性。
目前國內(nèi)熱疲勞的測試裝置主要有電爐傍熱式自約束型熱疲勞試驗裝置和電阻 爐加熱自約束熱疲勞試驗機。這兩種測試裝置的缺點是加熱和冷卻的速度較慢，且是 將試樣移動到冷卻介質(zhì)中進行冷卻。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服傳統(tǒng)熱疲勞性能測試和分析中的一些缺陷，提供一種鋼的熱 疲勞性能測試和分析方法，真實地模擬實際生產(chǎn)中材料的熱疲勞條件，并由計算機對 裂紋圖象進行系統(tǒng)性的定量化研究和分析。
為達到上述發(fā)明目的，本發(fā)明的構(gòu)思是
在本發(fā)明中所采用的熱疲勞性能測試裝置(見附圖1)是采用的感應(yīng)加熱和循環(huán) 水噴淋冷卻，可以在幾秒內(nèi)加熱到所需溫度,且可以較好地保證溫度的均勻性，然后 迅速冷卻到室溫，整個過程中試樣的位置不變，這些特點彌補了采用其它方式加熱和 冷卻時的缺點，真實地模擬了實際生產(chǎn)時的情況。
為了實現(xiàn)對熱疲勞性能的定量化評定，2001年，上海大學(xué)材料學(xué)院吳曉春教授
等人首次提出用熱疲勞損傷因子，隨后，該因子進行了數(shù)次的修訂，截止到目前為止， 雖然這種評定標準還存在有一定的缺點，但是其概念已經(jīng)為人們所接受。本發(fā)明在這 種評定方法的基礎(chǔ)上開發(fā)完成了一套熱疲勞裂紋圖象分析系統(tǒng)，借助于計算機技術(shù)進 行疲勞裂紋的定量化研究和分析。
根據(jù)上述的發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案
一種鋼的熱疲勞性能測試和分析方法，其特征在于具有以下工藝過程和步驟
a. 首先進行試樣的加工(見附圖2)，然后將試樣的兩個側(cè)平面研磨到拋光態(tài)，并 將其中 一個平面用熱電偶連接到控溫設(shè)備以控制試樣的最高加熱溫度；
b. 將試樣放于熱疲勞試驗機中的感應(yīng)線圈中心位置；檢査冷卻裝置；
c. 進行熱處理過程控制器的設(shè)置設(shè)置加熱時間；設(shè)置加熱停頓時間；設(shè)置冷 卻時間；設(shè)置冷卻停頓時間；同時設(shè)置固態(tài)繼電器參數(shù)，以控制最高加熱溫 度；
d. 進行熱疲勞試驗；
e. 熱疲勞試驗結(jié)束后，進行酸洗，以去除表面氧化皮。用連續(xù)變倍體視顯微鏡 進行表面裂紋的拍照；
f. 將試樣沿裂紋最密集處橫向剖開，將截面研磨，拋光，用連續(xù)變倍體視顯微 鏡進行截面裂紋的拍照；
g. 將所拍照片導(dǎo)入計算機中，用熱疲勞裂紋圖象分析系統(tǒng)(系統(tǒng)框圖見附圖3) 進行裂紋的定量化分析。
上述的控溫設(shè)備采用固態(tài)繼電器和熱處理過程控制器模擬、控制熱作模具鋼發(fā)生 熱疲勞的實際工作條件。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見的突出實質(zhì)性特點和顯著優(yōu)點
(1) 本發(fā)明采用固態(tài)繼電器和熱處理過程控制器，采用了感應(yīng)加熱方式快速加熱 和循環(huán)冷卻水冷卻，真實地模擬了實際生產(chǎn)中材料發(fā)生熱疲勞的工作條件。
(2) 本發(fā)明采用了計算機技術(shù)進行裂紋圖象的系統(tǒng)處理，與傳統(tǒng)的分析方法相 比，它避免了人工評定的誤差，同時綜合考慮了裂紋的分布、形態(tài)、深度等各方面的 因素，使得所得結(jié)果更加接近實際。


圖1是本發(fā)明采用的熱疲勞試驗機結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是熱疲勞試樣結(jié)構(gòu)圖(圖中圖(a)為主視圖，圖(b)為俯視圖，圖(c)為左視圖， 圖(d)為斜視圖)。
圖3是是熱疲勞裂紋圖象分析程序框圖。 圖4是SDH2鋼1020'C淬火的表面裂紋照片圖。 圖5是8407鋼1020'C淬火的表面裂紋照片圖。 圖6是SDH2鋼102(TC淬火的截面裂紋照片圖。 圖7是8407鋼1020'C淬火的截面裂紋照片圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例敘述于后
本實施例中采用了兩種不同成分的熱作模具鋼(SDH2和ASSAB8407)進行試 驗，兩組試樣的冶煉條件一樣，隨后都在102(TC條件下進行了淬火，通過回火將硬 度都調(diào)整到48 49HRC。
本實施例的熱疲勞性能測試和分析系統(tǒng)的使用步驟如下
1. 、首先在熱疲勞試驗之前，將試樣按照要求加工好，將表面研磨到拋光態(tài)(見 圖2)。
2. 、進行熱疲勞試驗(見圖1)。固態(tài)繼電器(XMT62X系列智能自整定PID工 業(yè)調(diào)節(jié)儀)的設(shè)置為最高加熱溫度為70(TC，熱處理過程控制器的設(shè)置為冷卻時間為 7.5s。在冷熱交替循環(huán)3000次以后，將試樣取出，酸洗，去除氧化皮；在連續(xù)變倍 體視顯微鏡下對表面裂紋進行拍照(見圖4和圖5)。
3、 將熱疲勞試樣沿截面剖開，研磨，拋光，然后對截面裂紋進行拍照(見圖6 和圖7)。
4、 將裂紋照片導(dǎo)入計算機，借助于熱疲勞裂紋圖象分析系統(tǒng)(見圖3)進行裂 紋的定量化分析。
最后，經(jīng)過計算機分析，得到SDH2鋼和8407鋼的疲勞損傷因子分別為0.068608 和0.115卯8，這就說明SDH2鋼的熱疲勞性能要優(yōu)于8407鋼。
權(quán)利要求
1.一種鋼的熱疲勞性能測試和分析方法，其特征在于具有以下工藝過程和步驟a.將試樣加工成具有兩個側(cè)平面的形狀，并將其中一個面用熱電偶連接到控溫設(shè)備以控制試樣的最高加熱溫度；兩個面均研磨到拋光態(tài)；b.將試樣放置于熱疲勞試驗機的感應(yīng)線圈中進行加熱；采用循環(huán)冷卻水進行冷卻；c.進行控溫設(shè)備的設(shè)置設(shè)置最高加熱溫度；設(shè)置加熱停頓時間；設(shè)置冷卻時間；設(shè)置冷卻停頓時間；d.進行熱疲勞試驗；e.熱疲勞試驗結(jié)束后，進行酸洗，以去除表面氧化皮；用連續(xù)變倍體視顯微鏡進行表面裂紋的拍照；f.將試樣沿裂紋最密集處橫向剖開，拋光，用連續(xù)變倍體視顯微鏡進行截面裂紋的拍照；g.將所拍照片導(dǎo)入計算機中，用熱疲勞裂紋圖象分析系統(tǒng)進行裂紋的定量化分析。
2. 如權(quán)利要求l所述的一種鋼的熱疲勞性能測試和分析方法，其特征在于所述的控 溫設(shè)備采用固態(tài)繼電器和熱處理過程控制器模擬、控制熱作模具鋼發(fā)生熱疲勞的 實際工作條件。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鋼的熱疲勞性能測試和分析方法，屬金屬材料性能測試和分析領(lǐng)域。本發(fā)明的特點是實現(xiàn)了對熱疲勞性能的定量化研究和分析。本發(fā)明的特征在于具有以下工藝過程和步驟(1)將試樣加工成具有兩個側(cè)平面的形狀，并將其中一個面用熱電偶連接到控溫設(shè)備以控制試樣的最高加熱溫度；兩個面均研磨到拋光態(tài)，(2)將試樣放于熱疲勞試驗機的感應(yīng)線圈中心位置；采用循環(huán)冷卻水進行冷卻；設(shè)置最高加熱溫度；設(shè)置冷卻時間；熱疲勞試驗結(jié)束后，進行酸洗，以去除表面氧化皮；用連續(xù)變倍體視顯微鏡進行表面裂紋的拍照；將試樣沿裂紋最密集處橫向剖開，研磨、拋光后用連續(xù)變倍體視顯微鏡進行截面裂紋的拍照；(3)將所拍照片輸入計算機中，用熱疲勞裂紋圖像分析系統(tǒng)進行裂紋的定量化分析。
文檔編號G01N21/88GK101105436SQ20071004276
公開日2008年1月16日 申請日期2007年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月26日
發(fā)明者吳曉春, 許珞萍, 謝豪杰, 閔永安 申請人:上海大學(xué)