一種快速測試金屬抵抗交變熱應力性能的方法
2023-09-21 19:13:55 4
專利名稱：一種快速測試金屬抵抗交變熱應力性能的方法
技術領域：
本發明屬於金屬材料檢測領域，涉及一種用於模具選材時確定其抵抗熱應力能力優劣的方法，尤其是一種快速測試金屬抵抗交變熱應力性能的方法。
背景技術：
在離心鑄造領域，尤其是水冷金屬型球墨鑄鐵管制造行業，要用到管模作為生產球墨鑄鐵管的模具，是在離心鑄管機上生產球墨鑄鐵管的大型熱工工裝。生產中，鑄管模的作業環境非常惡劣。高速旋轉下，外表面被冷卻水包容，內表面與高溫鐵水直接接觸，內壁快速升溫至600 800°C，而拔管後在循環水的冷卻作用下，管模又會快速降到50 150°C 左右，長期承受交變熱應力、拉伸應力、扭轉應力等作用，因此在選擇管模材料時要考慮其耐高溫、耐腐蝕，並且能長期抵抗交變熱應力的作用。目前，在金屬選材時，通常依據材料屬性表，涉及材料性能多方面的內容，如抗拉強度、屈服強度、延伸率、衝擊功、耐熱性、耐腐蝕性等。抗拉強度、屈服強度、延伸率、衝擊功可以直接的反映出材料的力學性能。耐熱性反映的是材料在高溫環境下工作時材料組織的穩定性。而耐腐蝕性反映了材料在酸、鹼等環境下自身發生氧化等破壞的難易程度。從屬性表或實際生產中，但還沒有一個直接反應材料在交變熱作用下穩定性的參數。在金屬性能測試試驗中，測試金屬抵抗熱應力的方法通常使用傳感器，在測試過程中需要安裝調試儀器，設置傳感器，加熱金屬試樣，檢測其內應力，而測試交變熱應力，則需要很長時間，而在澆鑄球墨鑄鐵的實際生產中，在確定管模的選材，通常是比較若干種材質的金屬，哪個能夠長時間抵抗交變熱應力，實現方便、快速、準確地獲得最優金屬材質，但是，目前還沒有一種直觀的方法來判斷材料抵抗交變熱應力能力的方法。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種能夠快速測試金屬抵抗交變熱應力性能的方法，用於在交變熱應力環境中工作的材料的優選，該方法克服了普通的檢驗方式複雜的檢驗過程，直觀的顯示出各種試驗材料在交變應力作用下性能的優劣，提高了檢驗效率和準確度，並降低了檢驗成本。為解決上述技術問題，本發明所採取的技術方案是一種快速測試金屬抵抗交變熱應力性能的方法，其特徵在於包括如下步驟
步驟一熱處理將需進行交變熱應力檢驗的實驗材料，根據使用工況進行熱處理； 步驟二取樣在實驗材料上進行切割取樣，所取樣本為長方體試樣； 步驟三打磨對試樣表面進行打磨處理，消除表面因切割所產生的痕跡； 步驟四加熱將試樣在感應加熱器上加熱到一定的溫度；
步驟五淬火將試樣迅速的蘸入提前準備好的淬火液中，並不斷攪拌，使試樣快速冷卻至接近常溫；
步驟六觀察從淬火液中取出試樣，觀察試樣表面是否出現裂紋，若未出現則重複步驟四和步驟五，直至出現裂紋即可停止；
步驟七記錄記錄每個試樣剛出現裂紋時的淬火次數，根據每種試樣出現裂紋時的淬火次數，來確定每種試樣的抵抗熱應力性能的優劣。優選的，所述步驟三中的打磨處理，將試樣在磨床上進行砂輪拋光，其表面粗糙度小於等於0. 8微米。本發明要求對試件表面進行拋光處理，在快速測試的過程中，方便肉眼觀察出所產生裂紋，以能準確控制淬火次數，使其能夠準確地判斷出該試件抵抗熱應力性能的優劣。優選的，所述步驟四中的試樣加熱溫度在750-900攝氏度。本發明要求控制加熱溫度，一般使不同試件溫度能夠達到Al線(共析轉變線)以上，使其能夠形成奧氏體，以備在後續金相實驗中進一步觀察其組織。優選的，所述步驟五中的淬火液在使用過程中需不斷加入冷的淬火液，使其保持在常溫，所述的快速冷卻，其冷卻時間控制在10-20秒之間。其中所述的常溫在工程中為 20°C，由於淬火液在不斷的冷卻試件以及周圍溫度的影響，通過外界壓力不斷循環補充淬火液，一般使其保持在20-50攝氏度之間即可，冷卻試件是通過快速的攪拌及冷卻液的補充，使其冷卻時間越短越好，一般要求不多於20秒即可。優選的，所述步驟五中使試件快速冷卻至接近室溫，試件溫度達到50-150攝氏度之間即可。本發明中對試件冷卻溫度進行進一步的限制，要求在50-150攝氏度，這樣在實驗過程中，試件的溫度落差範圍變大，使試件產生裂紋時間變短，有效地減少淬火次數；通過實驗人員的實驗及總結，可以得到如下結論當試件加熱溫度在800攝氏度時，冷卻溫度到200攝氏度附近的淬火次數比在100攝氏度附近的淬火次數多2倍，因此通過控制冷卻溫度，可以體現本發明中所述「快速測試」的特點。優選的，所述步驟六中的裂紋通過肉眼或藉助儀器進行觀察。優選的，所述步驟七中，還可以記錄試樣的變形量大小及形貌，作為判斷試驗材料抵抗交變熱應力性能優劣的參考。本發明在原來的基礎上增加熱處理和打磨工序，對實驗材料進行合適的熱處理， 使其達到最佳性能，通過該方法測試得到的結果能夠真實反映試件抵抗交變熱應力的能力，提高了準確度，其結果更加符合實際的使用工況。採用上述技術方案所產生的有益效果在於本發明可以直觀的顯示出各種試驗材料在交變應力作用下性能的優劣，解決了對此性能無直觀的檢驗方法的難題，此方法可以很好的用於交變熱應力環境下工作的材料優選，提高了檢驗效率和準確度，並降低了檢驗成本，具有較好的市場應用前景。
具體實施例方式下面結合實施例進一步說明本發明的技術方案。實施例一
為了對比20CrMo/12Cr2MolWV、H08A、20#/0Cr2MolNi管材的抗交變熱應力性能，各材質的化學成分如表1所示，為雙金屬管模的選材提供理論依據，利用本發明中所涉及的方法進行了該試驗。(注材料非國標牌號，旨在選材) 表1各材質的化學成份對比
權利要求
1.一種快速測試金屬抵抗交變熱應力性能的方法，其特徵在於包括如下步驟步驟一熱處理將需進行交變熱應力檢驗的實驗材料，根據使用工況進行熱處理；步驟二取樣在實驗材料上進行切割取樣，所取樣本為長方體試樣；步驟三打磨對試樣表面進行打磨處理，消除表面因切割所產生的痕跡；步驟四加熱將試樣在感應加熱器上加熱到一定的溫度；步驟五淬火將試樣迅速的蘸入提前準備好的淬火液中，並不斷攪拌，使試樣快速冷卻至接近常溫；步驟六觀察從淬火液中取出試樣，觀察試樣表面是否出現裂紋，若未出現則重複步驟四和步驟五，直至出現裂紋即可停止；步驟七記錄記錄每個試樣剛出現裂紋時的淬火次數，根據每種試樣出現裂紋時的淬火次數，來確定每種試樣的抵抗熱應力性能的優劣。
2.根據權利要求1所述的一種快速測試金屬抵抗交變熱應力性能的方法，其特徵在於所述步驟三中的打磨處理，將試樣在磨床上進行砂輪拋光，其表面粗糙度小於等於0. 8微米。
3.根據權利要求1所述的一種快速測試金屬抵抗交變熱應力性能的方法，其特徵在於所述步驟四中的試樣加熱溫度在750-900攝氏度。
4.根據權利要求1所述的一種快速測試金屬抵抗交變熱應力性能的方法，其特徵在於所述步驟五中的淬火液在使用過程中需不斷加入冷的淬火液，使其保持在常溫，所述的快速冷卻，其冷卻時間控制在10-20秒之間。
5.根據權利要求1所述的一種快速測試金屬抵抗交變熱應力性能的方法，其特徵在於所述步驟五中使試件快速冷卻至接近室溫，試件溫度達到50-150攝氏度之間即可。
6.根據權利要求1所述的一種快速測試金屬抵抗交變熱應力性能的方法，其特徵在於所述步驟六中的裂紋通過肉眼或藉助儀器進行觀察。
7.根據權利要求1所述的一種快速測試金屬抵抗交變熱應力性能的方法，其特徵在於所述步驟七中，還可以記錄試樣的變形量大小及形貌，作為判斷試驗材料抵抗交變熱應力性能優劣的參考。
全文摘要
本發明公開了一種快速測試金屬抵抗交變熱應力性能的方法，其步驟(1)將實驗材料根據使用工況進行熱處理；(2)將實驗材料加工成一定尺寸的試樣，表面打磨光滑；(3)將試樣在感應加熱器上加熱到一定的溫度；(4)將試樣迅速的蘸入提前準備好的淬火液中，並不斷攪拌，使試樣快速冷卻至接近常溫；(5)從淬火液中取出試樣，觀察試樣表面是否出現裂紋，若未出現則重複(3)和(4)，直至出現裂紋即可停止；(6)記錄每個試樣剛出現裂紋時的淬火次數，根據每種試樣出現裂紋是的淬火次數，來確定每種試樣的抵抗熱應力性能的優劣。本方法可以簡單有效快速地比較各種材料抵抗交變熱應力性能的優劣，解決了對此性能無直觀的檢驗方法的難題。
文檔編號G01N1/32GK102445401SQ20111031986
公開日2012年5月9日 申請日期2011年10月20日 優先權日2011年10月20日
發明者崔新亮, 王黎暉, 申勇 申請人:新興鑄管股份有限公司