[发明专利]一种沿平板试件厚度方向抛光缺口的装置及其使用方法

说明书

本发明公开了一种沿平板试件厚度方向抛光缺口的装置及其使用方法，其中装置包括底座、试件固定机构、摩擦棒、摩擦棒限位机构和驱动机构，试件固定于试件固定机构上，摩擦棒通过摩擦棒限位机构调整与试件的相对位置并固定，最后启动驱动机构对试件的缺口进行抛光；本发明结构简单，操作方便，采用电动机驱动摩擦棒，实现了沿试件厚度方向对缺口表面的快速高效抛光，可获得高质量的符合金相观测级别的缺口表面，以便在试验中研究材料微观结构对小裂纹行为的影响。

技术领域

本发明属于金属试件表面机械抛光技术领域，特别涉及一种沿平板试件厚度方向抛光缺口的装置及其使用方法。

背景技术

疲劳断裂是机械机构在服役过程中主要的失效形式之一，大量研究结果表明，金属构件的大部分疲劳寿命消耗在小裂纹的萌生和扩展阶段。小裂纹存在明显不同于长裂纹的扩展特性，即：在长裂纹门槛应力强度因子以下，小裂纹仍然可以扩展；在相同应力强度因子范围下，小裂纹的扩展速率比长裂纹高得多。因此，如果直接采用长裂纹扩展数据对含有小裂纹的构件设计中，将会导致对疲劳寿命的过高估计。为了得到更加准确的疲劳寿命预测方法，必须通过小裂纹扩展试验揭示材料的小裂纹萌生和扩展机理。

小裂纹扩展试验比长裂纹试验更复杂耗时，目前多采用原位扫描电镜法和表面复型法观测小裂纹行为。原位扫描电镜法分辨率高，但由于其观测范围小，较难捕捉到小裂纹的早期萌生和扩展行为，因此表面复型法仍是当前应用最广泛的小裂纹观测方法，该方法也是金属材料疲劳小裂纹扩展速率试验标准ASTMSTP1149、ASTME647-95a及HB7705-2001等推荐的方法。表面复型法大多采用带有单边缺口的平板试件，对试件表面尤其是缺口表面状态有很高的要求。近年来，许多学者在研究中对试件缺口进行了金相腐蚀，以获得缺口表面的金相组织，研究材料微观结构对小裂纹行为的影响。这要求缺口表面不仅要去除加工划痕等缺陷，还需进一步达到符合金相观测级别的光亮镜面效果。

一般的磨抛机无法完成抛光缺口的要求，现有研究中多采用手动磨抛，通常先将砂纸缠绕在一个直径略小于缺口直径的圆棒上，然后对缺口进行抛光。该方法既费时费力，且很难保证平行试件缺口表面的一致性。在金相抛光时，一般先采用目数较大的砂纸沿一定方向磨抛材料表面，然后采用目数较小的砂纸沿与上一步磨抛方向垂直的方向进行磨抛，当上一步磨抛留下的较粗的磨痕完全消失，新的较细的磨痕与当前磨抛方向一致时，再采用目数更小的砂纸沿与磨痕垂直方向磨抛，如此反复，直至缺口表面达到镜面效果。中国专利CN205703664U《试样缺口抛光机》中公开了抛光缺口的装置，但该装置只能沿平板试件长度方向进行抛光，不能沿试件厚度方向抛光缺口，仍无法满足金相腐蚀对材料表面的要求。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种可沿平板试件厚度方向抛光缺口的装置，该装置可以弥补现有技术中仅能沿试件长度方向抛光缺口的不足，结构简单、操作方便，能够快速高效地沿试件厚度方向抛光缺口表面，获得高质量的符合金相观测级别的表面，以便在试验中研究材料微观结构对小裂纹行为的影响。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种沿平板试件厚度方向抛光缺口的装置，包括底座、试件固定机构、摩擦棒、摩擦棒限位机构和驱动机构，

所述试件固定机构包括对称安装于底座上固定试件的第一试件固定台和第二试件固定台，所述第一试件固定台上可拆卸式安装有第一活动夹持片夹持住试件的一端，所述第二试件固定台上可拆卸式安装有第二活动夹持片夹持住试件的另一端；

所述摩擦棒包括圆棒和包裹于圆棒外壁上的砂纸；

所述摩擦棒限位机构包括依次安装于底座上的第二支撑架、第一支撑架、和压紧块，所述第一支撑架和第二支撑架位于试件轴向的两侧，所述压紧块面向试件的一面上设置有内部嵌有压缩弹簧的套筒；所述摩擦棒固定于第一支撑架和第二支撑架上，且圆棒上包裹有砂纸的部分落入试件顶面的缺口内；

所述驱动机构包括安装于底座上的电动机和连接在电动机转轴上的偏心轮；