[发明专利]一种冲击式高温硬度测试方法

说明书

技术领域

本发明属于硬度测试技术领域。

背景技术

各类标准硬度计所采用的检测方法只局限于室温条件下的检测。然而硬度测试的相关领域，对于材料的硬度随温度升高而逐渐变化的规律正受到越来越多的关注。采用高温硬度来间接地表征材料的高温力学性能，具有检测成本低，效率高的优势，是相关研究机构迫切需求的分析方法。

目前，利用材料高温硬度来评价、表征材料高温力学性能的研究论文中所采用的测试手段还只限于维氏硬度检测，其上限温度也仅仅达到了1200℃。由于测试过程要求压头的温度达到测试环境温度(高温环境)，因此如果被测样品在测试温度下的硬度值不是显著低于压头的硬度时，压头的弹性变形量(甚至塑性变形)将引入较大的测试误差，严重时甚至会损害压头。尽管可采用高温高硬度的新型超高温陶瓷及超合金作为测试压头来减少测试误差，但是目前普遍采用的的高温硬度检测方法不再能全面满足超高温结构材料的研究与开发。相关研究领域期盼着适合于超高温结构材料研究的硬度测试手段。

另一方面，有关高温材料的研究行业，采用高温拉伸或高温弯曲性能来表征材料的高温力学性能是目前广泛采用的权威性检测手段，这类数据的必要性是其他测试数据所不能取代的。但这并不意味着在材料研究过程中，在材料制备工艺质量监测等环节就必须全部采用这种较高成本的测试方法。实际情况是，在新型材料的探索性研究阶段，由于试样制备方法及研究型设备尺寸的限制，大尺寸均匀材料的制备难度和制备成本较高，而无论是采用高温拉伸或高温弯曲性能来表征材料的高温力学性能，都要求试样有有一定的尺寸，由此制约了新型高温材料研制。因此获得适宜的高温硬度检测技术，对提高材料研究效率具有重要意义。

发明内容

本发明同时解决了目前的高温硬度测试方法温度上限低，测试误差大的问题。目前的高温硬度测试方法中，压头温度和测试环境温度相同，由于压头随温度增高其硬度呈降低的趋势，压头产生弹性变形甚至塑性变形，由此引起较大的测试误差。为了避免此类的测量误差过大，目前的高温硬度测试温度只能局限在1200℃以下。本发明从测试原理上杜绝了压头材料的升温，因此测试温度上限仅决定于加热器件而不受其它因素的限制，由于压头在测量过程无升温，并因此一直呈现远高于被测试样的硬度和刚度，因此可显著提高测试精度。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：本发明是基于包括真空装置、加热部分、测头移动机构、水冷系统和硬度测试部分的高温硬度测试系统来实现的；此高温硬度测试方法的具体过程为：

步骤一、将试样置于加热部分中的具有隔热功能的加热器内，通过真空装置保持具有隔热功能的加热器内的真空度优于2×10^-1Pa；通过具有隔热功能的加热器将其内的试样加热至设定的测试温度；

步骤二、通过水冷系统对真空装置、测头移动机构、硬度测试部分以及具有隔热功能的加热器的外表面进行冷却，使硬度测试部分处于低温(室温)环境中，以保持硬度测试部分的测头(冲击压头)的高硬度从而确保高温测试精度；

步骤三、试样达到设定的测试温度并恒温控制2秒～20分钟后进行高温硬度测试，通过测头移动机构将所述测头快速移入试样所在的高温区，使测头位于试样的正上方，利用硬度测试部分的电磁机构实现测头的自由落体控制；随即压头呈自由落体状态冲击至试样的上表面，并反弹后再次降落，当第二次撞击试样后，测量出两次撞击的时间间隔，进而得出试样的高温硬度值。

本发明的有益效果是：

本发明实现了准确测量高温条件下测试高硬度材料的硬度，本发明的核心在于硬度测量部分及压头始终处于室温，检测过程在很短时间内完成，由于试样与压头间的接触时间不超过5毫秒，热交换近乎为零，试样表面温度不变。在全部检测过程中压头一直处于室温，其力学性能不变(压头硬度不降低)。由于所有材料随温度增高其硬度都呈降低的趋势，因此本测试方法适宜于全部高温结构材料研究。本发明方法中的压头不会产生塑性变形，弹性变形量与被测试样比也很小，显著提高了测量精度。本发明方法所描述的检测过程通过冲击式硬度检测实现，可借鉴肖氏硬度计的检测方法——利用呈自由落体状态的压头铅垂冲击到试样表面后再弹起的高度或第二次冲击间隔时间来表征样品的硬度。本发明通过提出的冲击式硬度检测的手段突破仪器仪表学科在相关研究方面的技术瓶颈，为上述高温硬度检测提供技术支撑。