[实用新型]表层脆性试验机

说明书

本实用新型属测试设备领域

提高金属构件、工具、模具、刃具使用寿命的重要手段是对其表面进行强化处理。经化学方法或物理方法处理后的金属件，其耐磨性及使用寿命均可得到显著提高。但经表面强化处理后的表层在低负荷作用下的开裂失效问题即脆性问题乃是扩大应用范围的主要障碍之一，而脆性的测定技术更是国内外所关注的焦点。目前，用于渗硼表层脆性测定，国外常用砂轮研磨试验机进行。如波兰J·Tacikowskl在第十七届国际热处理会议上发表的论文《亚共析钢硼化物层的脆性》中介绍了这种测定的新方法。按此方法，经渗硼和热处理的扁平试样（尺寸为4×8×12毫米），在严格规定的情况下，用一个已知结构和粒度的砂轮磨削，这样就导致试样的边缘产生剥落。剥落造成试样边缘高低不平，取其平均高度作为硼化物层脆性的量度，并用带有标尺的立体显微镜测量。这种测量方法，其结果常受人为因素如对剥落深度的读数误差及非人为因素如砂轮的转速是否恒定，切削量大小的控制及砂轮本身结构精度的影响。也有采用三点弯曲声发射法。《渗硼层脆性及剥落探讨》（河北工学院学报1979年第2期）指出该方法测得的是静载荷下发生第一根裂纹的断裂强度。这种方法虽然是一种定量的测试方法，但其物理意义并不明确。该法的试验条件常与构件的工作条件下的实际受力条件相差甚远，其结果常与其它方法的测定结果具有相反的效应。渗氮层脆性检验借用维氏硬度计完成，主要根据维氏硬度压碎裂边数来分等级（中华人民共和国第一机械工业部部标准JB2849－80）该法所划分的脆性级别比较粗糙，若压痕处于同一级别，有时脆性开裂抗力水平并不一致。值得提出的是，对于大多数表面处理，目前尚无可供借用的脆性测试方法，如激光合金化、离子镀层、气象沉积、表面涂积及硬质合金堆焊等，凭生产实际使用加以考核，而且在这几种仅有的试验方法中，互相之间缺乏对比性、通用性，检验精度差，不能定量。

本发明所公开的脆性检测设备，独特地表现为压头形式为球状或圆錐状，压头与待测表面直接接触。当一定的负荷压向待测金属表面时，探测系统与记录系统同时记录表面处理层开裂时所承受的负荷及试样在开裂时发生的变形，并以试样表层发生开裂时所能承担负荷的能力及所能承受的变形能力作为衡量其脆性开裂抗力的指标。

本发明工作原理可用图3示意说明。该机由加载系统、信号探测系统（17）、数据记录及处理系统（18）等三部分组成。加载系统为液压或机械传动式，也可借用已有的万能材料试验机完成加载工作。本机工作时，压头以逐渐增加的负荷压于放置在工作台面（9）上的试样（16）表面，负荷达一定值时，试样（或工件）处理表层将因力的作用或处理表层与基体变形的不协调性而发生开裂。伴随着开裂时弹性应变能的释放，在试样中产生机械振动波。安装于压头体上的探头（10），应力传感器（14）及差动变压器（8）（见图1、图2中CWZ－03F）分别将开裂信号、力的信号及变形讯号送入信号探测系统，经处理放大后送入数据记录及处理系统记录或显示。由于压头的几何形状一定，则试样表层开裂时的负荷及应力均可求出并以此作为衡量其脆性开裂抗力的指标。

试验机加载系统原理图1所示。若将压头体部分（图中（10）～（14））取出并安置于万能材料试验机上，则加载部分的工作可由万能材料试验机完成，主机体可省略。

信号探测系统电路原理如图2所示。试样开裂信号由SIA端输入经甄别放大后由y₂端输出，差动变压器CWZ－03F测定试验过程中试样的变形信号，经放大后由位移输出的X端输出。4片350Ω应变片贴于压头弹性体上，构成应力传感器〔图1（14）〕。负荷信号经放大后由应力y₁端输出。开裂、变形及应力信号均输入数字记录及显示系统（18）（图3）。

数据记录及显示由TYPE3086－21型函数记录仪完成，也可由数字显示器直接显示结果，还可配用微机实现数据自动处理及记录。

在这种试验机上对氮化、渗硼、渗硼层的激光共晶化处理的脆性试验结果表明，与实际使用及预测比较吻合。结果示于表1。