本發(fā)明涉及材料測(cè)試領(lǐng)域，具體涉及一種材料殘余應(yīng)力與表面硬度關(guān)系測(cè)試方法及裝置。

背景技術(shù)：

在各種機(jī)械結(jié)構(gòu)的加工和制造過程中，無法避免地會(huì)在結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生的殘余應(yīng)力，而殘余應(yīng)力對(duì)結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度、抗應(yīng)力腐蝕能力、尺寸穩(wěn)定性和使用壽命有著十分重要的影響，因此，研究和測(cè)量結(jié)構(gòu)中的殘余應(yīng)力十分必要，目前殘余應(yīng)力的測(cè)試方法可以分為有損和無損兩大類，有損測(cè)試方法主要有鉆孔法、環(huán)心法等，無損法主要有x射線法、壓痕法等。有損法對(duì)試樣產(chǎn)生一定的破壞或?qū)υ嚇映叽缂氨砻嫣幚淼纫筝^高，在實(shí)際應(yīng)用中具有一定的局限性。而壓痕法是一種微損檢測(cè)方法，在測(cè)試過程中對(duì)試樣尺寸、工作條件等要求不高，測(cè)試后留下的痕跡可忽略不計(jì)，不過，該方法需要建立殘余應(yīng)力和硬度之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。對(duì)于金屬試樣，可以利用拉伸試驗(yàn)設(shè)備，通過拉伸試驗(yàn)或熱處理產(chǎn)生殘余應(yīng)力，但是拉伸試樣多為縱向安裝，而顯微硬度計(jì)通常只能對(duì)水平放置的試樣進(jìn)行測(cè)試，因此無法利用顯微硬度計(jì)測(cè)試金屬試樣的硬度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種材料殘余應(yīng)力與表面硬度關(guān)系測(cè)試方法及裝置，不僅可以得到金屬試樣拉伸、熱處理產(chǎn)生的殘余應(yīng)力與硬度的關(guān)系，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便，設(shè)計(jì)合理。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

材料殘余應(yīng)力與表面硬度關(guān)系測(cè)試裝置，包括底座和硬度測(cè)試模塊，所述的底座下端兩側(cè)對(duì)稱安裝有兩絲杠傳動(dòng)千斤頂，在底座上從左往右依次安裝有電動(dòng)機(jī)、減速器、彈性連軸器、試樣殘余應(yīng)力測(cè)試裝置，所述電動(dòng)機(jī)電機(jī)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(cè)輸入軸通過聯(lián)軸器與電動(dòng)機(jī)的輸出軸相連，所述試樣殘余應(yīng)力測(cè)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(dòng)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(cè)輸出軸相連；另一端通過右滾動(dòng)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(cè)安裝壓力傳感器，所述的壓力傳感器右側(cè)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(yīng)加熱裝置，所述的電磁感應(yīng)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(cè)試模塊位于金屬試樣的上方，測(cè)試壓頭與金屬試樣的表面相抵。

優(yōu)選地，所述電動(dòng)機(jī)采用交流伺服電機(jī)。

優(yōu)選地，所述的減速器采用行星齒輪減速器。

優(yōu)選地，所述硬度測(cè)試模塊采用顯微硬度計(jì)。

本發(fā)明還提供了一種材料殘余應(yīng)力與表面硬度關(guān)系測(cè)試方法，包括以下兩種情況：

當(dāng)溫度恒定，殘余應(yīng)力加載量改變時(shí)，包括如下步驟：

s11、通過機(jī)床完成待檢測(cè)金屬材料的加工切割，得待測(cè)試試樣，并將所得的待測(cè)試樣裝于殘余應(yīng)力測(cè)試裝置上；

s12、調(diào)節(jié)電磁感應(yīng)加熱裝置，使待測(cè)試樣周圍溫度場(chǎng)達(dá)到實(shí)驗(yàn)所需大小，在某一確定溫度下，加載殘余應(yīng)力并獲取該溫度下殘余應(yīng)力與硬度；

s13、在計(jì)算機(jī)輸入步驟s12中獲取的數(shù)據(jù)，以殘余應(yīng)力fi為橫坐標(biāo)，以硬度hvi為縱坐標(biāo)，繪制出步驟二中所采用材料在某一溫度下的殘余應(yīng)力f0、f1、f2、...、fn和硬度hv0、hv2、...、hvn的各個(gè)點(diǎn)，并擬合并最終得到某一溫度下被測(cè)材料殘余應(yīng)力和硬度之間的關(guān)系曲線；

當(dāng)殘余應(yīng)力加載量不變，溫度改變時(shí)，包括如下步驟：

s21、通過機(jī)床完成待檢測(cè)金屬材料的加工切割，得待測(cè)試試樣，并將所得的待測(cè)試樣裝于殘余應(yīng)力測(cè)試裝置上；

s22、調(diào)節(jié)加載裝置，使試樣殘余應(yīng)力加載量達(dá)到實(shí)驗(yàn)所需大小，在某一加載量下，改變?cè)嚇又車臏囟却笮。@得不同溫度條件下殘余應(yīng)力與硬度；

s23、在計(jì)算機(jī)輸入步驟s22中獲取的數(shù)據(jù)，以殘余應(yīng)力ri為橫坐標(biāo)，以硬度hvi為縱坐標(biāo)，繪制出步驟而中所測(cè)材料在不同溫度下的殘余應(yīng)力r0、r1、r2、...、rn和硬度hv0、hv2、...、hvn的各個(gè)點(diǎn)，并擬合并最終得到不同溫度下被測(cè)材料殘余應(yīng)力和硬度之間的關(guān)系曲線。

所述步驟s12具體包括如下步驟：

s121、電動(dòng)機(jī)接通電流后，將動(dòng)力通過連接軸傳遞至行星齒輪減速器上，經(jīng)過行星齒輪減速器的減速，動(dòng)力傳遞至絲杠上，絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為絲杠螺母沿軸向方向的移動(dòng)，絲杠螺母沿軸向方向的移動(dòng)帶動(dòng)安裝在其上的左試樣夾具移動(dòng)，最終完成對(duì)被測(cè)試試樣殘余應(yīng)力的模擬加載，在對(duì)被測(cè)試試樣殘余應(yīng)力模擬加載的過程中，壓力傳感器對(duì)殘余應(yīng)力模擬加載量進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，并將檢測(cè)到的殘余應(yīng)力加載量傳輸至顯示器進(jìn)行顯示，同時(shí)，利用硬度檢測(cè)模塊對(duì)被測(cè)試試樣的硬度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，得到殘余應(yīng)力f0和殘余應(yīng)力f0所對(duì)應(yīng)的硬度hv0；

s122、隨著電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，絲杠螺母的位移量不斷發(fā)生變化，殘余應(yīng)力的加載量也隨之不同，重復(fù)步驟s21，在殘余應(yīng)力分別為f1、f2、...、fn時(shí)，獲取所對(duì)應(yīng)的硬度hv1、hv2、...、hvn，并將獲取的n+1個(gè)殘余應(yīng)力和n+1個(gè)硬度一一對(duì)應(yīng)并記錄，得到某一溫度下某種材料試樣硬度與殘余應(yīng)力的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

所述步驟s22具體包括如下步驟：通過調(diào)節(jié)電磁感應(yīng)加熱裝置的參數(shù)設(shè)置，從而改變待測(cè)試樣周圍的溫度大小，得到被測(cè)材料在不同溫度t0、t1、t2、…、tn條件下，殘余應(yīng)力r0、r1、r2、...、rn和硬度hv0、hv2、...、hvn的關(guān)系。

本發(fā)明具有以下有益效果：

1.本發(fā)明使用行星齒輪減速器傳動(dòng)，其傳動(dòng)比可達(dá)到上千，傳動(dòng)比大，而且結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、體積小、承載能力高、傳遞功率大。

2.底座兩側(cè)安裝絲杠傳動(dòng)的千斤頂，根據(jù)顯微硬度計(jì)壓頭的位置調(diào)整底座的高度，避免底座和托盤直接接觸，硬度測(cè)試時(shí)穩(wěn)定性好。

3.本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)一定溫度下，通過改變殘余應(yīng)力加載量，得到殘余應(yīng)力和硬度的關(guān)系；也可以實(shí)現(xiàn)一定殘余應(yīng)力加載量，通過改變溫度，得到殘余應(yīng)力和硬度的關(guān)系。

附圖說明

圖1為本發(fā)明中殘余應(yīng)力測(cè)試裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為材料殘余應(yīng)力測(cè)試系統(tǒng)主視圖。

圖3為圖2中a的放大示意圖。

圖4為材料殘余應(yīng)力測(cè)試系統(tǒng)右視圖。

圖5為材料殘余應(yīng)力測(cè)試系統(tǒng)俯視圖。

圖6為本發(fā)明實(shí)施例，當(dāng)溫度不變，通過改變加載量實(shí)現(xiàn)殘余應(yīng)力加載時(shí)，材料殘余應(yīng)力與表面硬度關(guān)系測(cè)試方法的流程圖。

圖7為本發(fā)明實(shí)施例，當(dāng)加載量不變，通過改變溫度實(shí)現(xiàn)殘余應(yīng)力加載時(shí)，材料殘余應(yīng)力與表面硬度關(guān)系測(cè)試方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

如圖1-圖5所示，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種材料殘余應(yīng)力與表面硬度關(guān)系測(cè)試裝置，包括底座1和硬度測(cè)試模塊8，所述的底座1下端兩側(cè)對(duì)稱安裝有兩絲杠傳動(dòng)千斤頂2，在底座1上從左往右依次安裝有電動(dòng)機(jī)3、減速器4、彈性連軸器5、試樣殘余應(yīng)力測(cè)試裝置6，所述電動(dòng)機(jī)3采用交流伺服電機(jī)，所述電動(dòng)機(jī)3電機(jī)支架31安裝在底座1上，所述的減速器采用行星齒輪減速器，所述減速器4通過減速器安裝架41安裝在底座1上，且減速器的左側(cè)輸入軸通過聯(lián)軸器7與電動(dòng)機(jī)的輸出軸相連，所述試樣殘余應(yīng)力測(cè)試裝置6包括安裝在底座1上的左軸承座61和右軸承座62，還包括一絲杠63，絲杠63的一端通過左滾動(dòng)軸承與所述的左軸承座61相連，并通過彈性連軸器5與減速器的右側(cè)輸出軸相連；另一端通過右滾動(dòng)軸承與右軸承座62相連，所述的絲杠63上裝配絲杠螺母64及螺母支架65，絲杠螺母64可滑動(dòng)安裝在以長(zhǎng)板上，長(zhǎng)板安裝在絲杠63的下方，所述的螺母支架65右側(cè)安裝壓力傳感器66，所述的壓力傳感器66右側(cè)通過夾具螺母67安裝有左試樣夾具68，所述的左試樣夾具68通過螺栓與金屬試樣9一端相連，金屬試樣9的另一端通過螺栓與右試樣夾具69相連，所述的右試樣夾具69與右軸承座62通過螺紋相連，金屬試樣9的正下方布置電磁感應(yīng)加熱裝置610，所述的電磁感應(yīng)加熱裝置610與溫度傳感器611相連，所述溫度傳感器611安裝在右軸承座62的正面，硬度測(cè)試模塊8位于金屬試樣的上方，測(cè)試壓頭與金屬試樣9的表面相抵，所述硬度測(cè)試模塊8采用顯微硬度計(jì)。

本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種材料殘余應(yīng)力與表面硬度關(guān)系測(cè)試方法，包括以下兩種情況：

如圖6所示，當(dāng)溫度恒定，殘余應(yīng)力加載量改變時(shí)，包括如下步驟：

s11、通過機(jī)床完成待檢測(cè)金屬材料的加工切割，得待測(cè)試試樣，并將所得的待測(cè)試樣裝于殘余應(yīng)力測(cè)試裝置上；

s12、調(diào)節(jié)電磁感應(yīng)加熱裝置，使待測(cè)試樣周圍溫度場(chǎng)達(dá)到實(shí)驗(yàn)所需大小，在某一確定溫度下，加載殘余應(yīng)力并獲取該溫度下殘余應(yīng)力與硬度；具體的：

s121、電動(dòng)機(jī)接通電流后，將動(dòng)力通過連接軸傳遞至行星齒輪減速器上，經(jīng)過行星齒輪減速器的減速，動(dòng)力傳遞至絲杠上，絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為絲杠螺母沿軸向方向的移動(dòng)，絲杠螺母沿軸向方向的移動(dòng)帶動(dòng)安裝在其上的左試樣夾具移動(dòng)，最終完成對(duì)被測(cè)試試樣殘余應(yīng)力的模擬加載，在對(duì)被測(cè)試試樣殘余應(yīng)力模擬加載的過程中，壓力傳感器對(duì)殘余應(yīng)力模擬加載量進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，并將檢測(cè)到的殘余應(yīng)力加載量傳輸至顯示器進(jìn)行顯示，同時(shí)，利用硬度檢測(cè)模塊對(duì)被測(cè)試試樣的硬度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，得到殘余應(yīng)力f0和殘余應(yīng)力f0所對(duì)應(yīng)的硬度hv0；

s122、隨著電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，絲杠螺母的位移量不斷發(fā)生變化，殘余應(yīng)力的加載量也隨之不同，重復(fù)步驟s21，在殘余應(yīng)力分別為f1、f2、...、fn時(shí)，獲取所對(duì)應(yīng)的硬度hv1、hv2、...、hvn，并將獲取的n+1個(gè)殘余應(yīng)力和n+1個(gè)硬度一一對(duì)應(yīng)并記錄，得到某一溫度下某種材料試樣硬度與殘余應(yīng)力的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

s13、在計(jì)算機(jī)輸入步驟s12中獲取的數(shù)據(jù)，以殘余應(yīng)力fi為橫坐標(biāo)，以硬度hvi為縱坐標(biāo)，繪制出步驟二中所采用材料在某一溫度下的殘余應(yīng)力f0、f1、f2、...、fn和硬度hv0、hv2、...、hvn的各個(gè)點(diǎn)，并擬合并最終得到某一溫度下被測(cè)材料殘余應(yīng)力和硬度之間的關(guān)系曲線；

如圖7所示，當(dāng)殘余應(yīng)力加載量不變，溫度改變時(shí)，包括如下步驟：

s21、通過機(jī)床完成待檢測(cè)金屬材料的加工切割，得待測(cè)試試樣，并將所得的待測(cè)試樣裝于殘余應(yīng)力測(cè)試裝置上；

s22、調(diào)節(jié)加載裝置，使試樣殘余應(yīng)力加載量達(dá)到實(shí)驗(yàn)所需大小，在某一加載量下，改變?cè)嚇又車臏囟却笮?，獲得不同溫度條件下殘余應(yīng)力與硬度；具體的，通過調(diào)節(jié)電磁感應(yīng)加熱裝置的參數(shù)設(shè)置，從而改變待測(cè)試樣周圍的溫度大小，得到被測(cè)材料在不同溫度t0、t1、t2、…、tn條件下，殘余應(yīng)力r0、r1、r2、...、rn和硬度hv0、hv2、...、hvn的關(guān)系。

s23、在計(jì)算機(jī)輸入步驟s22中獲取的數(shù)據(jù)，以殘余應(yīng)力ri為橫坐標(biāo)，以硬度hvi為縱坐標(biāo)，繪制出步驟而中所測(cè)材料在不同溫度下的殘余應(yīng)力r0、r1、r2、...、rn和硬度hv0、hv2、...、hvn的各個(gè)點(diǎn)，并擬合并最終得到不同溫度下被測(cè)材料殘余應(yīng)力和硬度之間的關(guān)系曲線。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。