[发明专利]硬质合金材料的弹性模量测试装置及方法

说明书

本发明公开了一种硬质合金材料的弹性模量测试装置及方法，其中，该装置包括：信号发生器、发射换能器、接收换能器、示波器和处理器，其中，信号发生器与发射换能器连接，用于发射脉冲信号；发射换能器用于将脉冲信号转为第一超声信号，并将第一超声信号传递至待测试样；接收换能器用于接收第一超声信号穿过待测试样后的第二超声信号；示波器与接收换能器连接，用于将第二超声信号变换为可视化图像；处理器与示波器连接，用于导出并处理可视图像中的图像数据，通过第二超声信号中相邻脉冲波形的对应波峰峰位差可得到待测试样的弹性模量。该装置结构简单，价格低廉，操作简单，且整个装置可以移动，方便实现对硬质合金刀具等不规则小件的测量。

技术领域

本发明涉及弹性模量检测技术领域，特别涉及一种硬质合金材料的弹性模量测试装置及方法。

背景技术

弹性模量是硬质合金性能的重要表征，可用于间接评估硬质合金耐磨性、断裂韧性等物理量，准确的弹性模量测量对硬质合金材料的性能评估和优化设计具有重要的意义。

相关技术中，对硬质合金弹性模量的测量主要有压痕法、振动分析法、三点弯曲法和超声波声速法测量，其中，纳米压痕法是利用纳米压痕仪通过力与压头压入深度的曲线计算出材料的弹性模量；振动分析法(纵向振动法)主要通过分析超声共振频率得到固体材料样品的弹性常数。试样的机械共振频率由材料的弹性模量、密度和试样的几何尺寸确定。当试样的形状、密度已知的情况下，可利用扫频测量推导试样的弹性模量；三点弯曲法用带有硬质合金圆棒的压头施加集中载荷使试样发生弯曲形变，通过构建载荷与试样挠度的关系可求出试样的弹性模量；传统的超声波声速法测弹性模量采用单脉冲探头进行测量，通过测量二次回波与一次回波的时间差和试样厚度已得到超声波横波、纵波速度。

然而，相关技术中的主要测量方法都存在不少缺点，具体如下：纳米压痕法的测量需在纳米尺度，对制样要求较高，纳米压痕设备及使用成本较高，测量误差大，且为有损测量；振动分析法价格高昂，该设备难以大规模地推广使用；三点弯曲法对设备力和位移精度要求高，试样规格较声速大，且为有损测量；传统的超声波声速法测弹性模量需要通过测量一次反射波和二次反射波之间的差值才可获得声波传播时间，造成信号强度变弱，测量误差变大。

因此，亟待一种新型测量方式解决上述相关技术存在的各种问题。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种硬质合金材料的弹性模量测试装置。

本发明的另一个目的在于提出一种硬质合金材料的弹性模量测试方法，该方法能方便快捷地测量硬质合金材料的超声波传播速度，并进一步得出材料的弹性模量。

为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了硬质合金材料的弹性模量测试装置，包括：信号发生器、发射换能器、接收换能器、示波器和处理器，其中，所述信号发生器与所述发射换能器连接，用于发射脉冲信号；所述发射换能器与待测试样连接，用于将所述脉冲信号转为第一超声信号，并将所述第一超声信号传递至所述待测试样；所述接收换能器与所述待测试样连接，用于接收所述第一超声信号穿过所述待测试样后的第二超声信号；所述示波器与所述接收换能器连接，用于将所述第二超声信号变换为可视化图像；所述处理器与所述示波器连接，用于导出并处理所述可视图像中的图像数据，得到所述待测试样的弹性模量。

本发明实施例的硬质合金材料的弹性模量测试装置，将传统的单探头脉冲测量法改为双探头脉冲测量，能够直接测量直通波和直通波的一次反射波得到声波传播时间，可测量的样本直径可以适当放宽，相同条件下能够提高信号强度和信噪比，同时，根据声波在材料内的传播速度与材料密度计算出材料的弹性模量，通过对超声波声波波峰的检测，能方便快捷地测量硬质合金材料的超声波传播速度，并进一步得出材料的弹性模量，可适用于质地均匀、各向同性、材料非分散的，各种形状和尺寸硬质合金产品的弹性模量的测量。