CN101105436A - 钢的热疲劳性能测试和分析方法 - Google Patents

钢的热疲劳性能测试和分析方法 Download PDF

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吴晓春
谢豪杰
闵永安
许珞萍
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本发明涉及一种钢的热疲劳性能测试和分析方法，属金属材料性能测试和分析领域。本发明的特点是实现了对热疲劳性能的定量化研究和分析。本发明的特征在于具有以下工艺过程和步骤：(1)将试样加工成具有两个侧平面的形状，并将其中一个面用热电偶连接到控温设备以控制试样的最高加热温度；两个面均研磨到抛光态，(2)将试样放于热疲劳试验机的感应线圈中心位置；采用循环冷却水进行冷却；设置最高加热温度；设置冷却时间；热疲劳试验结束后，进行酸洗，以去除表面氧化皮；用连续变倍体视显微镜进行表面裂纹的拍照；将试样沿裂纹最密集处横向剖开，研磨、抛光后用连续变倍体视显微镜进行截面裂纹的拍照；(3)将所拍照片输入计算机中，用热疲劳裂纹图像分析***进行裂纹的定量化分析。

Description

钢的热疲劳性能测试和分析方法
技术领域
本发明涉及一种钢的热疲劳性能测试和分析方法，属金属材料性能测试和分析领域。
背景技术
热疲劳是指金属材料在冷热循环交替作用下，表面会形成网状裂纹的现象。热疲劳是热作模具钢失效的主要原因之一。
目前关于热作模具钢热疲劳性能的评定主要是对照Uddeholm热疲劳评定标准图谱。这种评定方式由于是图片的人工对照，因此结果是不精确的，人为引起的误差很大。此外，虽然现在也有研究人员用疲劳后裂纹的长度来评定热疲劳性能的好坏，但是这种方法所考虑的范围过窄，没有考虑到裂纹的形态、分布情况等因素，因此所得结论存在着一定的争议性。
目前国内热疲劳的测试装置主要有电炉傍热式自约束型热疲劳试验装置和电阻炉加热自约束热疲劳试验机。这两种测试装置的缺点是加热和冷却的速度较慢，且是将试样移动到冷却介质中进行冷却。
发明内容
本发明的目的是克服传统热疲劳性能测试和分析中的一些缺陷，提供一种钢的热疲劳性能测试和分析方法，真实地模拟实际生产中材料的热疲劳条件，并由计算机对裂纹图象进行***性的定量化研究和分析。
为达到上述发明目的，本发明的构思是：
在本发明中所采用的热疲劳性能测试装置(见附图1)是采用的感应加热和循环水喷淋冷却，可以在几秒内加热到所需温度，且可以较好地保证温度的均匀性，然后迅速冷却到室温，整个过程中试样的位置不变，这些特点弥补了采用其它方式加热和冷却时的缺点，真实地模拟了实际生产时的情况。
为了实现对热疲劳性能的定量化评定，2001年，上海大学材料学院吴晓春教授等人首次提出用热疲劳损伤因子，随后，该因子进行了数次的修订，截止到目前为止，虽然这种评定标准还存在有一定的缺点，但是其概念已经为人们所接受。本发明在这种评定方法的基础上开发完成了一套热疲劳裂纹图象分析***，借助于计算机技术进行疲劳裂纹的定量化研究和分析。
根据上述的发明构思，本发明采用下述技术方案：
一种钢的热疲劳性能测试和分析方法，其特征在于具有以下工艺过程和步骤：
a.首先进行试样的加工(见附图2)，然后将试样的两个侧平面研磨到抛光态，并将其中一个平面用热电偶连接到控温设备以控制试样的最高加热温度；
b.将试样放于热疲劳试验机中的感应线圈中心位置；检查冷却装置；
c.进行热处理过程控制器的设置：设置加热时间；设置加热停顿时间；设置冷却时间；设置冷却停顿时间；同时设置固态继电器参数，以控制最高加热温度；
d.进行热疲劳试验；
e.热疲劳试验结束后，进行酸洗，以去除表面氧化皮。用连续变倍体视显微镜进行表面裂纹的拍照；
f.将试样沿裂纹最密集处横向剖开，将截面研磨，抛光，用连续变倍体视显微镜进行截面裂纹的拍照；
g.将所拍照片导入计算机中，用热疲劳裂纹图象分析***(***框图见附图3)进行裂纹的定量化分析。
上述的控温设备采用固态继电器和热处理过程控制器模拟、控制热作模具钢发生热疲劳的实际工作条件。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：
(1)本发明采用固态继电器和热处理过程控制器，采用了感应加热方式快速加热和循环冷却水冷却，真实地模拟了实际生产中材料发生热疲劳的工作条件。
(2)本发明采用了计算机技术进行裂纹图象的***处理，与传统的分析方法相比，它避免了人工评定的误差，同时综合考虑了裂纹的分布、形态、深度等各方面的因素，使得所得结果更加接近实际。
附图说明
图1是本发明采用的热疲劳试验机结构示意图。
图2是热疲劳试样结构图(图中图(a)为主视图，图(b)为俯视图，图(c)为左视图，图(d)为斜视图)。
图3是是热疲劳裂纹图象分析程序框图。
图4是SDH2钢1020℃淬火的表面裂纹照片图。
图5是8407钢1020℃淬火的表面裂纹照片图。
图6是SDH2钢1020℃淬火的截面裂纹照片图。
图7是8407钢1020℃淬火的截面裂纹照片图。
具体实施方式
本发明的一个优选实施例叙述于后：
本实施例中采用了两种不同成分的热作模具钢(SDH2和ASSAB8407)进行试验，两组试样的冶炼条件一样，随后都在1020℃条件下进行了淬火，通过回火将硬度都调整到48～49HRC。
本实施例的热疲劳性能测试和分析***的使用步骤如下：
1.、首先在热疲劳试验之前，将试样按照要求加工好，将表面研磨到抛光态(见图2)。
2.、进行热疲劳试验(见图1)。固态继电器(XMT62X系列智能自整定PID工业调节仪)的设置为最高加热温度为700℃，热处理过程控制器的设置为冷却时间为7.5s。在冷热交替循环3000次以后，将试样取出，酸洗，去除氧化皮；在连续变倍体视显微镜下对表面裂纹进行拍照(见图4和图5)。
3、将热疲劳试样沿截面剖开，研磨，抛光，然后对截面裂纹进行拍照(见图6和图7)。
4、将裂纹照片导入计算机，借助于热疲劳裂纹图象分析***(见图3)进行裂纹的定量化分析。
最后，经过计算机分析，得到SDH2钢和8407钢的疲劳损伤因子分别为0.068608和0.115908，这就说明SDH2钢的热疲劳性能要优于8407钢。

Claims (2)

1.一种钢的热疲劳性能测试和分析方法，其特征在于具有以下工艺过程和步骤：
a.将试样加工成具有两个侧平面的形状，并将其中一个面用热电偶连接到控温设备以控制试样的最高加热温度；两个面均研磨到抛光态；
b.将试样放置于热疲劳试验机的感应线圈中进行加热；采用循环冷却水进行冷却；
c.进行控温设备的设置：设置最高加热温度；设置加热停顿时间；设置冷却时间；设置冷却停顿时间；
d.进行热疲劳试验；
e.热疲劳试验结束后，进行酸洗，以去除表面氧化皮；用连续变倍体视显微镜进行表面裂纹的拍照；
f.将试样沿裂纹最密集处横向剖开，抛光，用连续变倍体视显微镜进行截面裂纹的拍照；
g.将所拍照片导入计算机中，用热疲劳裂纹图象分析***进行裂纹的定量化分析。
2.如权利要求1所述的一种钢的热疲劳性能测试和分析方法，其特征在于所述的控温设备采用固态继电器和热处理过程控制器模拟、控制热作模具钢发生热疲劳的实际工作条件。
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