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高温划痕试验系统

高温划痕实验系统

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随着《中国制造2025》战略的提出,我国制造业进入了一次产业转型升级,为了2025年迈入制造强国的行列,对我国的高端制造业提出了要求,材料的选择对于高端制造业至关重要。高端制造业所生产的零部件的工况日趋复杂,零部件在高温条件下工作是一种常见的工况,为了保证零部件的高温性能,在高温条件下的材料力学性能测试不可或缺。

高温划痕试验仪可以在高温的条件下对金属或陶瓷材料的试样进行不同深度的划痕试验,采集相关的试验数据进行计算可得到被测材料的高温硬度等高温力学参数,可用于燃气机组热端部件材料性能检测、航空发动机热端部件材料性能检测等领域,本设备的购置对于科研单位提高科研能力、达到科研目标有着不可替代的作用。

一、应用范围:

由于高端制造业所生产的零部件所服役的工况复杂,零部件所用的材料(如金属、陶瓷、玛瑙等)随着工况的变化材料的力学性能随之发生改变,尤其是处在高温条件下作业的零部件,不同的温度对于材料的力学性能有着显著的影响。我们公司在调研常温划痕仪的基础上,自主设计高温划痕试验系统,本系统解决了常温划痕仪的诸多不足,并且在此之上增设了高温系统,模拟不同温度下的工作环境,通过划痕试验法,可以使得试验结果更贴近实际情况更具有参考价值。

二、划痕试验机系统

划痕试验机系统由大理石龙门、大理石平台、加强筋、平台支座、Z轴方向运动平台、X轴方向运动平台、Y轴方向手调运动平台、高度转接板、测力仪组成。

X轴方向运动平台

1-顶板 2-滑块 3-定子 4-大理石底座 5-动子

6-导轨 7-光栅尺 8-排线拖链 9-缓冲环 10-定子固定座

X轴方向运动平台参数:

行程

150

峰值推力

200

N

额定推力

150

N

额定电流

3

A

最高速度

4

m/s

加速度

0.9g

m/s2

减速度

0.9g

m/s2

编码器分辨率

0.05

μm


Z轴方向运动平台

1-顶板 2-挡圈 3-滑块 4-挡块 5-大理石底座

6-导轨 7-动子 8-抱闸 9-排线拖链 10-光栅尺


Z轴方向运动平台参数:

行程

100

峰值推力

400

N

额定推力

250

N

额定电流

3

A

最高速度

2.5

m/s

加速度

0.9g

m/s2

减速度

0.9g

m/s2

编码器分辨率

0.05

μm



Y轴方向手调运动平台

1顶板 2-弹簧 3-螺钉 4-螺钉座

5导轨 6-滑块 7-支撑板 8-微分头 9-微分头支座

微分头性能参数

型号

测量范围

精度

轴套外径

轴套

测量面

分度特征

148-120

0-13μm

2μm

9.5

带有锁紧螺母

平面

标注

导轨滑块性能参数

型号

滑轨的国定螺栓尺寸(㎜)

基本动额定负荷(kgf

基本静额定负载(kgf

容许静力矩

重量

(kgf*m)

(kgf*m)

(kg f*m

滑轨(g

滑块(kg/m

MGW12H

M4*8

400

570

7.17

2.83

2.83

71

1.49


三、高温系统:

加热元件:采用硅钼棒加热,其特点是温度稳定而过冲小;

高温炉:炉体隔热炉衬采用多晶莫来石陶瓷纤维,具有隔热效果好、美观、使用寿命长和安装维修方便的特点;不锈钢炉体内侧喷涂热障涂层,保障最佳隔热效果;

加热台:采用六方氮化硼,其特点是耐高温性能好;

加热开关:加热系统采用开关电源(12V200A),虽然与传统的变压器相比,其单

台造价较高,但其工作稳定性和可靠性,以及自身的体积重量等因素均优于传统的可控硅电源,而且电能利用率高及对周边无电磁信号干扰等优点;同时,开关电源带有浮地功能,最大限度保证使用人员的人身安全。

水冷保护:采用恒控温冷水机,炉体外壁采用双层不锈钢,中空通流动水,最高控温温度40°C 恒控温式冷水机不仅可以保证炉体外表面保持恒温,还能起到稳定和微调炉温的作用,使炉内的温度更加精准,有利于提高试验精度。

高温炉参数

温度范围

常温~1000℃(1200℃可选)(试样温度)

升温速度

50/min

温显精度

±1

炉膛尺寸

根据试样大小配置,试样最大13mm

温度设定

任意设定目标温度

热电偶

PtRh-Pt (Type S) ,热响应时间<2s

加热元件

硅钼棒

软件系统由工作站微型可编程控制器、电机驱动器、X轴电机Z轴电机实验室多通道电荷放大器测力仪和专用软件组成。

实验室多通道电荷放大器 数据采集卡

测力仪

测力仪参数

参数名称

参数值

灵敏度(PC/N

-26

灵敏度(PC/N

-13

最小测量值(N

0.002

最小测量范围(KN

-4~4

最大承受力(KN

-4.5~4.5

尺寸(*

55*80



五、系统使用简介:

高温划痕试验系统,通过高温炉参数设置界面设置试验所需温度模拟高温环境,通过使用专用软件(软件需使用WIN7 32位系统运行)使得XZ轴运动平台的两轴联动实现将划头装置深入高温炉中与夹持的试样接触,通过变深度控制进行持续的力加载,在力加载的过程中由于力的相互作用,使得Z轴方向的进给深度与预设深度存在误差,软件将调用被测材料的受力-位移补偿曲线对误差进行补偿,从而保证试验的准确性,完成一次划痕试验后,可通过Y轴手调运动平台进行Y轴方向的微调,可以使同一试样在同一温度下进行多次划痕试验,在减少试验误差同时减少昂贵材料的制样成本。

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