斷口綜合測(cè)量系統(tǒng)在力學(xué)性能試驗(yàn)中的應(yīng)用

西安北方華山機(jī)電有限公司計(jì)量理化中心

            張利民    陳變瑩

摘  要：用斷口綜合測(cè)量系統(tǒng)對(duì)各種力學(xué)性能試驗(yàn)中的試樣尺寸、形狀、形貌進(jìn)行測(cè)量，以解決力學(xué)性能試驗(yàn)中一些尺寸、形狀、形貌用常規(guī)量具無法測(cè)量或測(cè)量繁瑣的問題。

關(guān)鍵詞：斷口綜合測(cè)量系統(tǒng)

1. 前言

　　在力學(xué)性能試驗(yàn)中對(duì)試樣試驗(yàn)前后的尺寸、形狀進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量是試驗(yàn)的關(guān)鍵一步，而一些尺寸及形貌用常用的卡尺、千分尺、讀數(shù)顯微鏡無法準(zhǔn)確快速的測(cè)量，如：斷裂韌性試驗(yàn)中緊湊拉伸試樣的寬度W；斷裂韌性試驗(yàn)中試樣斷后的裂紋長度；沖擊試樣、缺口拉伸、缺口疲勞試樣的缺口尺寸等。如果使用影像測(cè)量儀這些問題就可方便快速的解決，本文重點(diǎn)介紹斷口綜合測(cè)量系統(tǒng)在力學(xué)性能試驗(yàn)中的一些應(yīng)用。

2.斷口綜合測(cè)量系統(tǒng)簡(jiǎn)介

斷口綜合測(cè)量系統(tǒng)如圖1所示，是利用現(xiàn)代光學(xué)及計(jì)算機(jī)技術(shù)開發(fā)的經(jīng)濟(jì)型準(zhǔn)三維光學(xué)斷口綜合測(cè)量系統(tǒng)。其主要由X、Y軸裝有精密光柵尺的底座、高清晰度的CCD光學(xué)系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)及測(cè)量軟件組成?？稍?4－200的任意放大倍數(shù)下觀察所測(cè)件表面狀況，并實(shí)現(xiàn)點(diǎn)、線、圓、角度、面積等測(cè)量功能，測(cè)量精度可達(dá)0.001mm,X、Y軸的測(cè)量范圍可達(dá)                   圖1  斷口綜合測(cè)量系統(tǒng)

100－450mm,被測(cè)件的高度可達(dá)180mm，測(cè)量數(shù)據(jù)可方便的輸入到EXCEL、WORD、TXT中，測(cè)量圖形可輸出到DXF文檔。斷口綜合測(cè)量系統(tǒng)的校準(zhǔn)一般用精密玻璃光柵尺由用戶自校，精密玻璃光柵尺可送計(jì)量單位進(jìn)行檢定或校準(zhǔn)。    

3.斷口綜合測(cè)量系統(tǒng)在力學(xué)性能試驗(yàn)中的應(yīng)用

　　斷口綜合測(cè)量系統(tǒng)方便的顯示放大及測(cè)量功能，可廣范地應(yīng)用于各種力學(xué)性能試驗(yàn)的試前試樣、斷后試樣及斷口的測(cè)量與分析。下面就其在力學(xué)性能試驗(yàn)中的一些具體應(yīng)用作一介紹。

3.1試樣尺寸的測(cè)量

　　在力學(xué)性能試驗(yàn)中試樣原始尺寸測(cè)量的準(zhǔn)確性直接影響試驗(yàn)結(jié)果，而一些試樣的原始尺寸用卡尺、千分尺、讀數(shù)顯微鏡無法直接測(cè)量，如斷裂韌性試驗(yàn)中緊湊拉伸試樣的寬度W；缺口拉伸、缺口疲勞試樣的缺口半徑及缺口底部圓弧半徑；沖擊試樣的缺口形狀及深度檢查等。而用斷口綜合測(cè)量系統(tǒng)這些問題可方便解決。圖2所示就是用斷口綜合測(cè)量系統(tǒng)的自動(dòng)測(cè)量及繪圖功能測(cè)量的緊湊拉伸試樣的尺寸，日常試驗(yàn)中也可用其手動(dòng)功能快速測(cè)量緊湊拉伸試樣寬度W及線切割缺口長度。對(duì)于各種缺口，用斷口綜合測(cè)量系統(tǒng)既可準(zhǔn)確測(cè)量其深度，還可方便的測(cè)出缺口底部圓弧半徑及缺口角度。圖3所示是一沖擊缺口的測(cè)量結(jié)果。

    圖2  緊湊拉伸試樣                            圖3  沖擊缺口

3.2布氏硬度壓痕直徑的測(cè)量

隨著新版布氏硬度試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的廣范使用，φ2.5mm小硬質(zhì)合金鋼球進(jìn)行布氏硬度的試驗(yàn)日益增多，其試驗(yàn)后壓痕直徑用傳統(tǒng)的讀數(shù)顯微鏡測(cè)量因放大倍數(shù)小、測(cè)量精度低造成試驗(yàn)結(jié)果誤差較大，且測(cè)量效率低。使用斷口綜合測(cè)量系統(tǒng)無論用手動(dòng)還是自動(dòng)都可在100－200的放大倍數(shù)下準(zhǔn)確、快速的測(cè)量壓痕直徑，并可測(cè)出壓痕直徑的圓度。如果用φ2.5mm直徑小硬質(zhì)合金鋼球測(cè)焊縫布氏硬度分布用斷口綜合測(cè)量系統(tǒng)測(cè)壓痕直徑，其*性更加明顯。

3.3試樣斷口測(cè)量分析

3.3.1沖擊試驗(yàn)斷口形貌測(cè)量分析

　　在沖擊試驗(yàn)特別是金屬材料冷脆轉(zhuǎn)變溫度試驗(yàn)中，經(jīng)常需要對(duì)沖擊試樣斷口進(jìn)行斷口形 貌測(cè)量分析，主要是觀察并測(cè)量斷口的側(cè)膨賬值、剪切面積、解理面積。使用斷口綜合測(cè)量系統(tǒng)在一定的放大倍數(shù)下可直接測(cè)出側(cè)膨賬值。對(duì)于剪切、解理面積既可使用網(wǎng)格功能進(jìn)行近似測(cè)量，如圖4所示；也可將解理面積在顯示屏上用點(diǎn)劃線劃出，然后用斷口綜合測(cè)量系統(tǒng)面積自動(dòng)測(cè)量功能進(jìn)行測(cè)量。如圖5所示。

           圖4                                        圖5

3.3.2斷裂韌性試驗(yàn)中裂紋長度測(cè)量

在斷裂韌性試驗(yàn)中需對(duì)每個(gè)試樣斷口進(jìn)行裂紋長度測(cè)試，特別是J積分和CTOD試驗(yàn)，不但要測(cè)原始裂紋長度而且要測(cè)穩(wěn)定擴(kuò)展裂紋長度，并且每個(gè)斷口上需等分測(cè)9點(diǎn)，以往用讀數(shù)顯微鏡測(cè)量非 常繁瑣，如果試樣較大，一般讀數(shù)顯微鏡的測(cè)量范圍不夠無法直接測(cè)量。使用斷口綜合測(cè)量系統(tǒng)這一問題變的非常簡(jiǎn)單，如圖6所示，將斷口在顯示屏上顯示清楚，                     圖6

再套上相應(yīng)的網(wǎng)格線，移動(dòng)光標(biāo)線，就可直接測(cè)出各點(diǎn)的原始裂紋長度和穩(wěn)定擴(kuò)展裂紋長度。

3.4對(duì)拉伸試樣進(jìn)行標(biāo)距刻劃及測(cè)量

    通常拉伸試驗(yàn)的試樣標(biāo)距是用標(biāo)距儀進(jìn)行刻劃或打點(diǎn)，斷后用卡尺測(cè)量。對(duì)于延伸率大于5％的試樣其精度*可以滿足國標(biāo)要求，但對(duì)延伸率小于5％的脆性試樣，標(biāo)距儀的原始誤差和斷后卡尺測(cè)量的誤差就可造成延伸率結(jié)果嚴(yán)重偏差，所以國標(biāo)對(duì)小于5％的延伸率測(cè)試有特殊規(guī)定，即原始標(biāo)距必需準(zhǔn)確，斷后伸長需將斷口對(duì)接加一定的力固定后在讀數(shù)顯微鏡下測(cè)量。這一規(guī)定在一般條件下是無法實(shí)現(xiàn)的，因用一般方法是無法劃出精度大于0.01mm的原始標(biāo)距。將斷口綜合測(cè)量系統(tǒng)稍加改進(jìn)，在鏡頭旁的殼體上裝一刻劃器，將試樣固定在試樣臺(tái)上，移動(dòng)X軸就可劃出任意間隔的標(biāo)距，其精度可達(dá)0.001 mm。當(dāng)試樣拉斷后，再將斷口對(duì)接加一定的力固定后放在斷口綜合測(cè)量系統(tǒng)上測(cè)其斷后伸長量，這樣就可按國標(biāo)的要求準(zhǔn)確測(cè)出小于5％的脆性材料的延伸率。

4.結(jié)論

    由于斷口綜合測(cè)量系統(tǒng)*的顯示測(cè)量功能，且操作方便，*可以作為大型測(cè)量設(shè)備的經(jīng)濟(jì)代用品，在力學(xué)性能試驗(yàn)中得到廣范應(yīng)用。

張利民，男，1962年4月出生，工程師，

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