CN101762428A - 一种金属管材高温性能测试方法 - Google Patents
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Abstract
一种金属管材高温性能测试方法，它涉及一种金属管材高温性能测试方法。本发明解决了目前没有专用的金属管材高温性能测试方法的问题。本发明的工艺步骤如下：一、制作金属管材试样；二、印制网格；三、将带有印制网格的金属管材试样的两端夹紧在材料拉伸试验机的上下夹具上；四、将金属管材试样的网格部分加热到300℃～800℃；五、拉伸金属管材试样；六、测量金属管材试样上变形后的网格；七、根据测得的矩阵排布的圆形网格变形前后的数据即可获得金属管材高温性能数据。本发明不需要引伸计即可准确地测试金属管材的高温性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种金属管材高温性能测试方法。
背景技术
金属管材在现代工业生产占有重要的地位，并在航空制造、工程机械、石油化工、交通运输等部门均已得到广泛的应用。近年来，随着高强钢、高性能铝合金以及钛合金等新材料的广泛应用，新材料金属管材的外部结构也发展成多种多样的复杂形式，金属管材成型难度也越来越大，其中既有金属管材性能提高带来的难度，也有金属管材结构特殊带来的复杂性。由于金属管材性能的提高导致金属管材在室温时塑性差，必须通过对模具和金属管材加热来提高塑性，实现金属管材成型加工，在金属管材成型加工过程中需要对金属管材塑性变形能力进行评价。现有的金属管材塑性变形能力的评价方法是单向拉伸实验，单向拉伸实验是在带有引伸计的拉伸试验机上进行，通过计算机数据采集***获得试样标距范围内的位移和拉伸力曲线，然后经过数据处理获得材料性能。但是引伸计大多不能耐高温，金属管材的高温性能往往直接通过拉伸试验获得象延伸率、强度极限等少量性能指标，象应力-应变曲线、材料厚向异性指标及其与变形量的关系等无法获得，目前没有专用的金属管材高温性能测试方法。
发明内容
本发明的目的是为解决目前没有专用的金属管材高温性能测试方法的问题，进而提供了一种金属管材高温性能测试方法。
本发明的一种金属管材高温性能测试方法是按着以下步骤实现的：
步骤一、制作金属管材试样：选取长度为L的金属管材，以金属管材的中轴线O为界，将金属管材的上半部分两端对称各切掉一部分，使剩余部分的金属管材的最短的母线长度L1为金属管材长度L的0.6～0.8倍，剩余部分形成的斜面正投影与中垂线之间的夹角α为5～10°，从而得到金属管材试样；
步骤二、印制网格：先在金属管材试样的上半部分的外表面涂敷一层光致抗蚀剂，然后透过掩模对金属管材试样的上半部分外表面的光致抗蚀剂层进行选择性曝光，即把要印制的网格轮廓部分进行曝光，所述要印制的的网格轮廓为以矩阵排布的圆形网格轮廓或以矩阵排布的正方形网格轮廓，用金属腐蚀液对已曝光部分的矩阵排布的圆形网格轮廓内部或矩阵排布的正方形网格轮廓内部进行腐蚀，矩阵排布的圆形网格或矩阵排布的正方形网格即可印制到金属管材试样的上表面上，测量矩阵排布的圆形网格的直径φ或测量矩阵排布的正方形网格的边长d；
步骤三、装夹金属管材试样：将与金属管材试样内径相同长短相等的两个横截面呈半圆形的金属棒一起穿过金属管材试样，将横截面呈半圆形的金属棒的两端通过连接件固装在材料拉伸试验机的上下夹具上，使金属管材试样的网格部分位于加热炉内；
步骤四、加热金属管材试样：将金属管材试样的网格部分加热到300℃～800℃；
步骤五：拉伸金属管材试样：启动材料拉伸试验机，通过上夹具和下夹具将带有印制网格的金属管材试样沿径向拉伸，直到拉伸断裂，拉伸断裂后，矩阵排布的圆形网格变成椭圆形网格，矩阵排布的正方形网格变成长方形网格；
步骤六：测量金属管材试样上变形后的网格：冷却后，将金属管材试样从上下夹具上卸下，测量金属管材试样上的变形后的椭圆长轴长度d1或测量金属管材试样上的变形后的长方形的长边长度d2；
步骤七：根据测得的矩阵排布的圆形网格变形前后的数据计算金属管材试样不同的位置应变ε＝Ln[d1-φ/d]或根据测得的矩阵排布的正方形网格变形前后的数据计算金属管材试样不同的位置应变ε＝Ln[d2-d/d]，再根据拉伸力F及金属管材试样不同位置的宽度、厚度，通过应力计算获得应力，即可获得金属管材试样的高温应力应变曲线。
本发明的有益效果是：本发明的金属管材高温性能测试方法在金属管材试样的上表面印制网格，通过对金属管材拉伸前后印制网格的变形量即可获得应力-应变、硬化指数、厚向异性指数等多个与高温材料性能相关的参数，减少试验次数，大大降低了试验成本；本发明不需要引伸计即可准确地测试金属管材的高温性能。
附图说明
图1是本发明的具体实施方式一中带有矩阵排布的圆形网格的金属管材试样的装夹主视图，图2是本发明的具体实施方式一中带有矩阵排布的正方形网格的金属管材试样的装夹主视图，图3是图1或图2的左视图，图4是具体实施方式一中拉断后的带有矩阵排布的椭圆形网格金属管材试样，图5是具体实施方式一中拉断后的带有矩阵排布的长方形网格金属管材试样。
具体实施方式
具体实施方式一：如图1～5所示，本实施方式的金属管材高温性能测试方法步骤如下：
步骤一、制作金属管材试样：选取长度为L的金属管材，以金属管材的中轴线O为界，将金属管材的上半部分两端对称各切掉一部分，使剩余部分的金属管材的最短的母线长度L1为金属管材长度L的0.6～0.8倍，剩余部分形成的斜面正投影与中垂线之间的夹角α为5～10°，从而得到金属管材试样；
步骤二、印制网格：先在金属管材试样的上半部分的外表面涂敷一层光致抗蚀剂，然后透过掩模对金属管材试样的上半部分外表面的光致抗蚀剂层进行选择性曝光，即把要印制的网格轮廓部分进行曝光，所述要印制的的网格轮廓为以矩阵排布的圆形网格轮廓或以矩阵排布的正方形网格轮廓，用金属腐蚀液对已曝光部分的矩阵排布的圆形网格轮廓内部或矩阵排布的正方形网格轮廓内部进行腐蚀，矩阵排布的圆形网格或矩阵排布的正方形网格即可印制到金属管材试样的上表面上，测量矩阵排布的圆形网格的直径φ或测量矩阵排布的正方形网格的边长d；
步骤三、装夹金属管材试样：将与金属管材试样内径相同长短相等的两个横截面呈半圆形的金属棒一起穿过金属管材试样，将横截面呈半圆形的金属棒的两端通过连接件固装在材料拉伸试验机的上下夹具上，使金属管材试样的网格部分位于加热炉内，所述材料拉伸试验机的厂家为深圳新三思集团公司、型号为CMT5000；
步骤四、加热金属管材试样：将金属管材试样的网格部分加热到300℃～800℃；
步骤五：拉伸金属管材试样：启动材料拉伸试验机，通过上夹具和下夹具将带有印制网格的金属管材试样沿径向拉伸，直到拉伸断裂，拉伸断裂后，矩阵排布的圆形网格变成椭圆形网格，矩阵排布的正方形网格变成长方形网格；
步骤六：测量金属管材试样上变形后的网格：冷却后，将金属管材试样从上下夹具上卸下，测量金属管材试样上的变形后的椭圆长轴长度d1或测量金属管材试样上的变形后的长方形的长边长度d2；
步骤七：根据测得的矩阵排布的圆形网格变形前后的数据计算金属管材试样不同的位置应变ε＝Ln[d1-φ/d]或根据测得的矩阵排布的正方形网格变形前后的数据计算金属管材试样不同的位置应变ε＝Ln[d2-d/d]，再根据拉伸力F及金属管材试样不同位置的宽度、厚度，通过应力计算获得应力，即可获得金属管材试样的高温应力应变曲线。
具体实施方式二：如图1～2所示，本实施方式步骤一中金属管材试样选取的长度L为35～45mm的金属管材，剩余部分的金属管材的最短的母线的长度L1为金属管材长度L的0.7倍。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：如图1～2所示，本实施方式步骤一中剩余部分形成的斜线投影与中垂线之间的夹角α为6～9°。可以根据金属管材试样的直径选择剩余部分形成的斜线投影与中垂线之间的夹角的大小其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：如图1～2所示，本实施方式步骤一中剩余部分形成的斜线投影与中垂线之间的夹角α为7～8°。可以根据金属管材试样的直径选择剩余部分形成的斜线投影与中垂线之间的夹角的大小其它与具体实施方式三相同。
具体实施方式五：如图1所示，本实施方式步骤二中所述矩阵排布的圆形网格的直径φ为4mm。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式六：如图2所示，本实施方式步骤二中所述矩阵排布的正方形网格的边长d为4mm。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式七：本实施方式步骤四中所述金属管材试样的网格部分加热到350℃～750℃。可以根据不同材料的金属管材试样选择相应的加热温度。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式八：本实施方式步骤四中所述金属管材试样的网格部分加热到400℃～700℃。可以根据不同材料的金属管材试样选择相应的加热温度。其它与具体实施方式七相同。
具体实施方式九：本实施方式步骤四中所述金属管材试样的网格部分加热到450℃～650℃。可以根据不同材料的金属管材试样选择相应的加热温度。其它与具体实施方式八相同。
具体实施方式十：本实施方式步骤四中所述金属管材试样的网格部分加热到500℃～600℃。可以根据不同材料的金属管材试样选择相应的加热温度。其它与具体实施方式九相同。
Claims (10)
1.一种金属管材高温性能测试方法，其特征在于所述高温性能测试方法的步骤如下：
步骤一、制作金属管材试样：选取长度为L的金属管材，以金属管材的中轴线O为界，将金属管材的上半部分两端对称各切掉一部分，使剩余部分的金属管材的最短的母线长度L1为金属管材长度L的0.6～0.8倍，剩余部分形成的斜面正投影与中垂线之间的夹角α为5～10°，从而得到金属管材试样；
步骤二、印制网格：先在金属管材试样的上半部分的外表面涂敷一层光致抗蚀剂，然后透过掩模对金属管材试样的上半部分外表面的光致抗蚀剂层进行选择性曝光，即把要印制的网格轮廓部分进行曝光，所述要印制的的网格轮廓为以矩阵排布的圆形网格轮廓或以矩阵排布的正方形网格轮廓，用金属腐蚀液对已曝光部分的矩阵排布的圆形网格轮廓内部或矩阵排布的正方形网格轮廓内部进行腐蚀，矩阵排布的圆形网格或矩阵排布的正方形网格即可印制到金属管材试样的上表面上，测量矩阵排布的圆形网格的直径φ或测量矩阵排布的正方形网格的边长d；
步骤三、装夹金属管材试样：将与金属管材试样内径相同长短相等的两个横截面呈半圆形的金属棒一起穿过金属管材试样，将横截面呈半圆形的金属棒的两端通过连接件固装在材料拉伸试验机的上下夹具上，使金属管材试样的网格部分位于加热炉内；
步骤四、加热金属管材试样：将金属管材试样的网格部分加热到300℃～800℃；
步骤五：拉伸金属管材试样：启动材料拉伸试验机，通过上夹具和下夹具将带有印制网格的金属管材试样沿径向拉伸，直到拉伸断裂，拉伸断裂后，矩阵排布的圆形网格变成椭圆形网格，矩阵排布的正方形网格变成长方形网格；
步骤六：测量金属管材试样上变形后的网格：冷却后，将金属管材试样从上下夹具上卸下，测量金属管材试样上的变形后的椭圆长轴长度d1或测量金属管材试样上的变形后的长方形的长边长度d2；
步骤七：根据测得的矩阵排布的圆形网格变形前后的数据计算金属管材试样不同的位置应变ε＝Ln[d1-φ/d]或根据测得的矩阵排布的正方形网格变形前后的数据计算金属管材试样不同的位置应变ε＝Ln[d2-d/d]，再根据拉伸力F及金属管材试样不同位置的宽度、厚度，通过应力计算获得应力，即可获得金属管材试样的高温应力应变曲线。
2.根据权利要求1所述的一种金属管材高温性能测试方法，其特征在于：步骤一中金属管材试样选取的长度L为35～45mm的金属管材，剩余部分的金属管材的最短的母线的长度L1为金属管材长度L的0.7倍。
3.根据权利要求1所述的一种金属管材高温性能测试方法，其特征在于：步骤一中剩余部分形成的斜线投影与中垂线之间的夹角α为6～9°。
4.根据权利要求3所述的一种金属管材高温性能测试方法，其特征在于：步骤一中剩余部分形成的斜线投影与中垂线之间的夹角α为7～8°。
5.根据权利要求1所述的一种金属管材高温性能测试方法，其特征在于：步骤二中所述矩阵排布的圆形网格的直径φ为4mm。
6.根据权利要求1所述的一种金属管材高温性能测试方法，其特征在于：步骤二中所述矩阵排布的正方形网格的边长d为4mm。
7.根据权利要求1所述的一种金属管材高温性能测试方法，其特征在于：步骤四中所述金属管材试样的网格部分加热到350℃～750℃。
8.根据权利要求7所述的一种金属管材高温性能测试方法，其特征在于：步骤四中所述金属管材试样的网格部分加热到400℃～700℃。
9.根据权利要求8所述的一种金属管材高温性能测试方法，其特征在于：步骤四中所述金属管材试样的网格部分加热到450℃～650℃。
10.根据权利要求9所述的一种金属管材高温性能测试方法，其特征在于：步骤四中所述金属管材试样的网格部分加热到500℃～600℃。
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