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隨著《中國制造2025》戰(zhàn)略的提出，我國制造業(yè)進(jìn)入了一次產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，為了2025年邁入制造強(qiáng)國的行列，對我國的高端制造業(yè)提出了要求，材料的選擇對于高端制造業(yè)至關(guān)重要。高端制造業(yè)所生產(chǎn)的零部件的工況日趨復(fù)雜，零部件在高溫條件下工作是一種常見的工況，為了保證零部件的高溫性能，在高溫條件下的材料力學(xué)性能測試不可或缺。
高溫劃痕試驗儀可以在高溫的條件下對金屬或陶瓷材料的試樣進(jìn)行不同深度的劃痕試驗，采集相關(guān)的試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行計算可得到被測材料的高溫硬度等高溫力學(xué)參數(shù)，可用于燃?xì)鈾C(jī)組熱端部件材料性能檢測、航空發(fā)動機(jī)熱端部件材料性能檢測等領(lǐng)域，本設(shè)備的購置對于科研單位提高科研能力、達(dá)到科研目標(biāo)有著不可替代的作用。
一、應(yīng)用范圍：
由于高端制造業(yè)所生產(chǎn)的零部件所服役的工況復(fù)雜，零部件所用的材料（如金屬、陶瓷、瑪瑙等）隨著工況的變化材料的力學(xué)性能隨之發(fā)生改變，尤其是處在高溫條件下作業(yè)的零部件，不同的溫度對于材料的力學(xué)性能有著顯著的影響。我們公司在調(diào)研常溫劃痕儀的基礎(chǔ)上，自主設(shè)計高溫劃痕試驗系統(tǒng)，本系統(tǒng)解決了常溫劃痕儀的諸多不足，并且在此之上增設(shè)了高溫系統(tǒng)，模擬不同溫度下的工作環(huán)境，通過劃痕試驗法，可以使得試驗結(jié)果更貼近實際情況更具有參考價值。
二、劃痕試驗機(jī)系統(tǒng)
劃痕試驗機(jī)系統(tǒng)由大理石龍門、大理石平臺、加強(qiáng)筋、平臺支座、Z軸方向運(yùn)動平臺、X軸方向運(yùn)動平臺、Y軸方向手調(diào)運(yùn)動平臺、高度轉(zhuǎn)接板、測力儀組成。
X軸方向運(yùn)動平臺
1-頂板 2-滑塊 3-定子 4-大理石底座 5-動子
6-導(dǎo)軌 7-光柵尺 8-排線拖鏈 9-緩沖環(huán) 10-定子固定座
X軸方向運(yùn)動平臺參數(shù)：
|
行程 |
150 |
㎜ |
|
峰值推力 |
200 |
N |
|
額定推力 |
150 |
N |
|
額定電流 |
3 |
A |
|
最高速度 |
4 |
m/s |
|
加速度 |
0.9g |
m/s2 |
|
減速度 |
0.9g |
m/s2 |
|
編碼器分辨率 |
0.05 |
μm |
Z軸方向運(yùn)動平臺
1-頂板 2-擋圈 3-滑塊 4-擋塊 5-大理石底座
6-導(dǎo)軌 7-動子 8-抱閘 9-排線拖鏈 10-光柵尺
Z軸方向運(yùn)動平臺參數(shù)：
|
行程 |
100 |
㎜ |
|
峰值推力 |
400 |
N |
|
額定推力 |
250 |
N |
|
額定電流 |
3 |
A |
|
最高速度 |
2.5 |
m/s |
|
加速度 |
0.9g |
m/s2 |
|
減速度 |
0.9g |
m/s2 |
|
編碼器分辨率 |
0.05 |
μm |
Y軸方向手調(diào)運(yùn)動平臺
1頂板 2-彈簧 3-螺釘 4-螺釘座
5導(dǎo)軌 6-滑塊 7-支撐板 8-微分頭 9-微分頭支座
微分頭性能參數(shù)：
|
型號 |
測量范圍 |
精度 |
軸套外徑 |
軸套 |
測量面 |
分度特征 |
|
148-120 |
0-13μm |
2μm |
9.5㎜ |
帶有鎖緊螺母 |
平面 |
標(biāo)注 |
導(dǎo)軌滑塊性能參數(shù)：
|
型號 |
滑軌的國定螺栓尺寸（㎜） |
基本動額定負(fù)荷（kgf） |
基本靜額定負(fù)載（kgf） |
容許靜力矩 |
重量 |
|||
|
|
|
|
滑軌（g） |
滑塊（kg/m） |
||||
|
MGW12H |
M4*8 |
400 |
570 |
7.17 |
2.83 |
2.83 |
71 |
1.49 |
三、高溫系統(tǒng)：
加熱元件：采用硅鉬棒加熱，其特點(diǎn)是溫度穩(wěn)定而過沖小；
高溫爐：爐體隔熱爐襯采用多晶莫來石陶瓷纖維，具有隔熱效果好、美觀、使用壽命長和安裝維修方便的特點(diǎn)；不銹鋼爐體內(nèi)側(cè)噴涂熱障涂層，保障最佳隔熱效果；
加熱臺：采用六方氮化硼，其特點(diǎn)是耐高溫性能好；
加熱開關(guān)：加熱系統(tǒng)采用開關(guān)電源（12V200A），雖然與傳統(tǒng)的變壓器相比，其單
臺造價較高，但其工作穩(wěn)定性和可靠性，以及自身的體積重量等因素均優(yōu)于傳統(tǒng)的可控硅電源，而且電能利用率高及對周邊無電磁信號干擾等優(yōu)點(diǎn)；同時，開關(guān)電源帶有浮地功能，最大限度保證使用人員的人身安全。
水冷保護(hù)：采用恒控溫冷水機(jī)，爐體外壁采用雙層不銹鋼，中空通流動水，最高控溫溫度40°C 。恒控溫式冷水機(jī)不僅可以保證爐體外表面保持恒溫，還能起到穩(wěn)定和微調(diào)爐溫的作用，使?fàn)t內(nèi)的溫度更加精準(zhǔn)，有利于提高試驗精度。
高溫爐參數(shù)：
|
溫度范圍 |
常溫～1000℃（1200℃可選）（試樣溫度） |
|
升溫速度 |
50℃/min |
|
溫顯精度 |
±1℃ |
|
爐膛尺寸 |
根據(jù)試樣大小配置，試樣最大13mm |
|
溫度設(shè)定 |
任意設(shè)定目標(biāo)溫度 |
|
熱電偶 |
PtRh-Pt (Type S) ,熱響應(yīng)時間<2s |
|
加熱元件 |
硅鉬棒 |
軟件系統(tǒng)由工作站、微型可編程控制器、電機(jī)驅(qū)動器、X軸電機(jī)、Z軸電機(jī)、實驗室多通道電荷放大器、測力儀和專用軟件組成。
實驗室多通道電荷放大器 數(shù)據(jù)采集卡
測力儀
測力儀參數(shù)：
|
參數(shù)名稱 |
參數(shù)值 |
|
|
-26 |
|
|
-13 |
|
最小測量值（N） |
0.002 |
|
最小測量范圍（KN） |
-4~4 |
|
最大承受力（KN） |
-4.5~4.5 |
|
尺寸（㎜*㎜） |
55*80 |
五、系統(tǒng)使用簡介：
高溫劃痕試驗系統(tǒng)，通過高溫爐參數(shù)設(shè)置界面設(shè)置試驗所需溫度模擬高溫環(huán)境，通過使用專用軟件（軟件需使用WIN7 32位系統(tǒng)運(yùn)行）使得X、Z軸運(yùn)動平臺的兩軸聯(lián)動實現(xiàn)將劃頭裝置深入高溫爐中與夾持的試樣接觸，通過變深度控制進(jìn)行持續(xù)的力加載，在力加載的過程中由于力的相互作用，使得Z軸方向的進(jìn)給深度與預(yù)設(shè)深度存在誤差，軟件將調(diào)用被測材料的受力-位移補(bǔ)償曲線對誤差進(jìn)行補(bǔ)償，從而保證試驗的準(zhǔn)確性，完成一次劃痕試驗后，可通過Y軸手調(diào)運(yùn)動平臺進(jìn)行Y軸方向的微調(diào)，可以使同一試樣在同一溫度下進(jìn)行多次劃痕試驗，在減少試驗誤差同時減少昂貴材料的制樣成本。
