[发明专利]一种铸铁材料热疲劳性能的试验方法

说明书

技术领域

本发明是一种用于测试铸铁材料热疲劳性能的方法。

背景技术

汽车发动机气缸盖、制动鼓经常出现热疲劳开裂的问题，零件材料为灰铸铁。目前仅有适用于热作模具钢的《热作模具钢热疲劳试验方法》。其原理是利用高频感应快速加热，达到上限温度后利用压缩空气或喷雾等方法快速冷却至下限温度。试样由于约束而产生内应力，在热应力的作用下经过了一定循环次数在表面产生热疲劳龟裂，该裂纹与模具的失效龟裂相似，是模拟模具钢龟裂失效的方法。目前还没有一种适合于试验铸铁材料热疲劳性能的方法。

发明内容

本发明提供一种铸铁材料热疲劳性能的试验方法，以解决目前还没有一种适合试验铸铁材料热疲劳性能方法的问题。

本发明采取的技术方案是：包括下列步骤：

（1）、中部圆弧段直径为最小的试样两端通过夹具固定在热应力综合疲劳试验机，并与压力传感器连接，此压力传感器用于测量试样在温度升高与降低时所产生的压、拉力的变化，亦可判断是否产生裂纹，在试样中部即直径最小处接热电偶，测量温度的变化；

（2）、接通电源使试样中部圆弧段直径最小部位、即电阻最大处在7秒时间内，温度从室温迅速升高至450℃，在450℃保温90秒后，用24秒的时间降温至100℃，保温30秒；然后在7秒时间内温度从室温迅速升高至450℃，在450℃保温90秒后，用24秒的时间降温至100℃，保温30秒，如此在100℃～450℃之间往复循环；

（3）、试样开裂时设备自动停止，并记录运行的时间和试验次数。

发明产生热疲劳的原理是在试样两端固定的工况下，通过采用电流加热的方式使如图1所示试样的中部圆弧段直径最小部位、即电阻最大处温度升高，并产生压应力和一定的塑性变形，然后空冷使温度降低，并产生一定的拉应力，如此反复循环使试样产生热疲劳。通过比较试样在热疲劳断裂时的冷热循环次数来判定材料抵抗热疲劳性能的优劣。

我们把试样每个循环的上下限温度设置为100℃～450℃。因为下限温度100℃是缸盖工作状态下循环冷却液的温度，上限450℃是缸盖满负荷工作时最高温度。同时铸铁材料在超过该温度后性能下降幅度增大，是性能的拐点温度。

试样加热时间为7秒，是加热的最快时间。用以模拟缸盖工作时的快速加热。试样的上限温度保温时间为90秒。试样在上限温度保温90秒后试样在自身约束下完成了充分的变形。该变形能够通过压应力的测量观察到。超过该时间后压应力无明显变化。试样的冷却时间为24秒是根据试样通过夹具的冷却能力确定的。试样的下限温度保温时间为30秒。试样在下限温度保温30秒后试样在自身约束下完成了充分的变形。该变形能够通过拉应力的测量观察到。超过该时间后拉应力无明显变化。

本发明是模拟汽车发动机缸盖、制动鼓工况下快速加热，利用自身条件散热的情况，另外也结合缸盖和制动鼓用铸铁材料的特点研制了该试验方法。本试验方法采用大功率电流快速加热、保温以及通过夹具传导冷却使试样利用自身约束产生拉压应力，经多次循环在拉压应力作用下开裂，通过开裂次数以及拉压应力的变化情况评价材料热疲劳性能的优劣；是一种适合试验铸铁材料热疲劳性能的方法。

附图说明

图1是本发明采用的热疲劳试样示意图；

图2是本发明热疲劳冷热循环示意图；

图3是本发明实验例热疲劳试验结果图。

具体实施方式

（1）、中部圆弧段直径为最小的试样两端通过夹具固定在热应力综合疲劳试验机，并与压力传感器连接，此压力传感器用于测量试样在温度升高与降低时所产生的压、拉力的变化，亦可判断是否产生裂纹，在试样中部即直径最小处接热电偶，测量温度的变化；

（2）、接通电源使试样中部圆弧段直径最小部位、即电阻最大处在7秒时间内，温度从室温迅速升高至450℃，在450℃保温90秒后，用24秒的时间降温至100℃，保温30秒；然后在7秒时间内温度从室温迅速升高至450℃，在450℃保温90秒后，用24秒的时间降温至100℃，保温30秒，如此在100℃～450℃之间往复循环；

（3）、试样开裂时设备自动停止，并记录运行的时间和试验次数。