[实用新型]一种测定材料载荷-位移曲线的压痕装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及材料力学性能测试的装置，具体为一种测定金属材料载荷-位移曲线的压痕装置。 

背景技术

目前测定金属材料常规力学性能(如弹性模量、加工硬化指数、屈服强度、抗拉强度、硬度等)包括直接和间接法两大类，这两大类方法中又涉及到多种不同的材料性能测试或估算类型，现有技术领域中金属材料力学性能检测方法可见下面图示。 

在上述的方法中，尤以无损型的示值压痕技术引人注目，它可以实时检测材料的表面性能而无需破坏结构的原始状态。以检测涂层和脆性材料为主的纳米压痕仪出现较早，然而纳米压痕仪存在环境要求高、价格昂贵、应用受限等缺点而得不到广泛的应用，为了克服纳米压痕仪存在的缺点，相关研究人员开发了毫微米级的压痕设备。 

采用示值压痕技术测量材料力学性能的方法最基本的要求是要获得准确的P-h曲线，即能够在压头压入材料的过程中同时记录下载荷(力)及其与之对应深度(位移)的变化信息。目前已出现多种类型的此类设备，体积重量各不相同，用途也有所区别。 

现有的压痕力学性能检测装置通常存在着体积庞大，重量重，成本较高而不适合现场的应用和工业的推广，例如装置由于其采用悬臂式电机加力方式，测量对象只能为小型试样，或者采用蜗轮蜗杆传动，它仅能在特别准备的小试样上测出对应压力下的最大深度和卸载后残余深度，不能记录连续变化的载荷-位移曲线(P-h曲线)。另外现有技术中采用电磁驱动装置或采用电磁线圈给悬臂梁加力获得P-h曲线的装置，其只能提供微小载荷和纳微米级位移，不适用于现场使用。 

实用新型内容

针对现有技术中存在的不足，本实用新型要解决的技术问题在于提供一种便携型可用于现场检测的测定金属材料载荷-位移曲线的压痕装置。 

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案如下： 

一种测定金属材料载荷-位移曲线的压痕装置，包括机械部分和电气控制部分，该机械部分与该电气控制部分通过数据传输线连接，其特征在于： 

所述机械部分包括定位装置和压痕制造装置，其中定位装置位于该机械部分下端与该机械部分上端的压痕制造装置通过L型连接板连接固定； 

所述压痕制造装置的一端部设置有压头和位移传感器，所述位移传感器在竖直方向与所述压头紧贴固定，用于测定压头压入被测材料表面的位移大小；所述压痕制造装置另一端安装有步进电机，所述步进电机的丝杠通过一滑块连接接头连接一滑块，所述压头上端部固定连接一载荷传感器，所述载荷传感器固定在所述滑块内部，用于测定施加于所述压头的力的大小； 

所述电气控制部分包括可编程序控制器、触摸屏、电机驱动器，其中该可编程序控制器的输出端连接所述电机驱动器的输入端，所述触摸屏与所述可编程序控制器通过信号线连接并互通信号；所述电机驱动器的输出端与所述机械部分的步进电机输入端连接，驱动所述步进电机的运行； 

所述机械部分的载荷传感器与位移传感器分别通过A/D数模转化模块与所述可编程序控制器的输入端相连，并将所测的输入至所述可编程序控制器内； 

所述步进电机采用两相混合式直线型步进电机。 

所述压头为金刚石材料的直径为不大于1mm的球形压头。 

所述定位装置由十字滑台和固定底座组成，其中所述十字滑台具有内层高强铝板、中层高强铝板、外层高强铝板构成的中间通透结构，所述外层高强铝板与所述固定底座螺钉固定连接，所述内层高强铝板上端面设置有两对X向滑台紧固螺栓，所述中层高强铝板上端面设置有两对Y向滑台紧固螺栓。 

所述两对Y向滑台紧固螺栓用于固定两根Y向不锈钢滑柱，两对X向滑台紧固螺栓用于固定两根X向不锈钢滑柱。 

所述滑块套在所述步进电机下端面均匀分布固定的四根导向柱上，所述丝杠的上下运动带动所述滑块沿着所述导向柱上下滑动；其中所述滑块上端面边缘处安装有电磁接近开关与所述步进电机下固定板上的磁铁位置相对应。 

所述两相混合式直线型步进电机内含滚珠丝杠副，该滚珠丝杠副内部丝母的旋转运动转化为所述丝杠的直线运动，所述滚珠丝杠副的螺距为1mm，采用细分驱动器驱动，最小步进角为0.014°，进给分辨率为1μm，行程为50mm，最高速度为10mm/s，最大推力达到1600N。 

所述压头旁固定有一电子内窥镜，其中所述电子内窥镜采用直径为7mm，最大视场角为88°，放大倍数为5倍的光导探头。 

所述固定底座采用磁性表座或支架座。 

所述位移传感器和所述载荷传感器均采用线性电源供电。