[发明专利]基于通电加热的高温硬度测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属材料硬度测量方法，尤其是涉及一种基于通电加热的高温硬度测量方法。

背景技术

随着现代工业技术的不断发展，在常温下研究金属材料的使用性能已经远远不能满足工程上的要求了，对金属材料在高温下的使用性能提出了更高的要求，尤其是在航空航天领域。金属材料的高温性能检测已列为基本的检测之一。但是，对于金属材料在高温下的一些性能指标的获得往往又比在常温下复杂的多，特别是金属在高温下的硬度更是难以测得，高温下测金属硬度一直是一个备受关注的问题。

据资料记载，高温硬度的测定始于1905年。当时的高温硬度是在布氏硬度计上测得的。目前，高温硬度检测通常采用三种方法：压印法、一端平压法和相互压入法。也诞生了多种高温硬度计，如日本AKASHI SEISAKUSHO公司生产的HVK-HF型高温硬度计（见参考文献：游学见.金属高温硬度测量装置[J].试验机与材料试验,1986(6):39-40）。但这些测量方法和装置在实际测量时很不方便，工件需放在抽成真空的加热箱里面整体加热，测硬度压头需整体伸进加热箱中去加载测量，由温度控制装置保持温度恒定。这些硬度测量设备复杂，操作繁琐，不能方便快捷地测出金属在高温下的硬度；测量设备体积大，价格昂贵，不适合在实际生产中广泛的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种测量装置简单、操作便捷、测量效率高的基于通电加热的高温硬度测量方法。

本发明所述的该基于通电加热的高温硬度测量方法，包括以下步骤：

1）备好硬度计、可调直流稳压电源、2根加热电极和温度传感器；

2）将待测金属工件放在硬度计的测台上并调整好位置，将2根加热电极设于待测工件上，2根加热电极通过导线与可调直流稳压电源连接，可调直流稳压电源的两极与2根加热电极以及位于2根加热电极之间的待测金属工件材料构成回路，温度传感器设于待测金属工件硬度待测点旁；

3）启动可调直流稳压电源，对待测金属工件通电加热；

4）当温度传感器所测温度达到所需温度值时，开始测量待测金属工件硬度；

5）记录硬度测量数据，如需测量多个温度值下的待测金属工件硬度，重复步骤4）和5）；

6）关闭可调直流稳压电源。

在步骤1）中，所述温度传感器可采用热电偶或红外测温仪；所述硬度计的压头可选用金刚石压头或蓝宝石压头，当测量温度不大于800℃时选用金刚石压头，当测量温度大于800℃，小于1300℃时选用蓝宝石压头；所述可调直流稳压电源的工作参数最好为电压不大于5V，电流不大于400A；所述加热电极最好为石墨电极。

在步骤2）中，所述2根加热电极最好设于待测金属工件的待测硬度点旁。

本发明的工作原理如下：

在给待测金属工件工件通电加热时，由于可调直流稳压电源的两极与2根加热电极相连并与待测金属工件材料构成回路，而且可通过可调直流稳压电源给回路施以低压大电流，这样可使2根加热电极电极附近的材料产生焦耳热，进而使待测金属工件材料温度升高。2根加热电极与待测金属工件接触点之间电流密度最大，而且接触电阻比金属本身的电阻大得多，所以发热得最厉害，而待测金属工件的其它区域因为电阻小、电流小，几乎不产生焦耳热，无需采取任何绝缘措施。接触点处的温度情况可作如下估算：

Δθ＝ηI²R

式中，η为影响因素；I为加热电流；R为加热点接触电阻；Δθ为接触点温度。

上式说明，加热温度与加热电流I和加热点接触电阻R成正比。因为加热区的接触电阻，仅为毫欧姆数量级，为了得到足够的加热温度，加热电流要达到几百安培。又因为是通以低压的电流，电压一般可在5V左右，实验操作人员可徒手操作。通过多次试验验证，该测量方法确实能够快速高效的测得高温下金属材料的硬度。

由于本发明所述测量方法的加载和测得硬度的过程都是在工件持续通电加热的状态下进行的，不需要将工件冷却再测定硬度压痕，也不需要断电后再放在硬度计的测台上测硬度。因此，可以使工件上某点保持在一个固定温度下测硬度值，这样可大大简化测量过程。