專利名稱：一種金屬管材高溫性能測試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬管材高溫性能測試方法。
背景技術(shù)：
金屬管材在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)占有重要的地位，并在航空制造、工程機械、石油化工、 交通運輸?shù)炔块T均已得到廣泛的應(yīng)用。近年來，隨著高強鋼、高性能鋁合金以及鈦合金等新 材料的廣泛應(yīng)用，新材料金屬管材的外部結(jié)構(gòu)也發(fā)展成多種多樣的復(fù)雜形式，金屬管材成 型難度也越來越大，其中既有金屬管材性能提高帶來的難度，也有金屬管材結(jié)構(gòu)特殊帶來 的復(fù)雜性。由于金屬管材性能的提高導(dǎo)致金屬管材在室溫時塑性差，必須通過對模具和金 屬管材加熱來提高塑性，實現(xiàn)金屬管材成型加工，在金屬管材成型加工過程中需要對金屬 管材塑性變形能力進行評價。現(xiàn)有的金屬管材塑性變形能力的評價方法是單向拉伸實驗， 單向拉伸實驗是在帶有引伸計的拉伸試驗機上進行，通過計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)獲得試樣標(biāo) 距范圍內(nèi)的位移和拉伸力曲線，然后經(jīng)過數(shù)據(jù)處理獲得材料性能。但是引伸計大多不能耐 高溫，金屬管材的高溫性能往往直接通過拉伸試驗獲得象延伸率、強度極限等少量性能指 標(biāo)，象應(yīng)力_應(yīng)變曲線、材料厚向異性指標(biāo)及其與變形量的關(guān)系等無法獲得，目前沒有專用 的金屬管材高溫性能測試方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為解決目前沒有專用的金屬管材高溫性能測試方法的問題，進而 提供了一種金屬管材高溫性能測試方法。 本發(fā)明的一種金屬管材高溫性能測試方法是按著以下步驟實現(xiàn)的 步驟一、制作金屬管材試樣選取長度為L的金屬管材，以金屬管材的中軸線0為
界，將金屬管材的上半部分兩端對稱各切掉一部分，使剩余部分的金屬管材的最短的母線
長度為金屬管材長度L的0. 6 0. 8倍，剩余部分形成的斜面正投影與中垂線之間的夾
角a為5 10° ，從而得到金屬管材試樣； 步驟二、印制網(wǎng)格先在金屬管材試樣的上半部分的外表面涂敷一層光致抗蝕劑， 然后透過掩模對金屬管材試樣的上半部分外表面的光致抗蝕劑層進行選擇性曝光，即把要 印制的網(wǎng)格輪廓部分進行曝光，所述要印制的的網(wǎng)格輪廓為以矩陣排布的圓形網(wǎng)格輪廓或 以矩陣排布的正方形網(wǎng)格輪廓，用金屬腐蝕液對已曝光部分的矩陣排布的圓形網(wǎng)格輪廓內(nèi) 部或矩陣排布的正方形網(wǎng)格輪廓內(nèi)部進行腐蝕，矩陣排布的圓形網(wǎng)格或矩陣排布的正方形 網(wǎng)格即可印制到金屬管材試樣的上表面上，測量矩陣排布的圓形網(wǎng)格的直徑小或測量矩 陣排布的正方形網(wǎng)格的邊長d; 步驟三、裝夾金屬管材試樣將與金屬管材試樣內(nèi)徑相同長短相等的兩個橫截面 呈半圓形的金屬棒一起穿過金屬管材試樣，將橫截面呈半圓形的金屬棒的兩端通過連接件 固裝在材料拉伸試驗機的上下夾具上，使金屬管材試樣的網(wǎng)格部分位于加熱爐內(nèi)；
步驟四、加熱金屬管材試樣將金屬管材試樣的網(wǎng)格部分加熱到300°C 800°C ;
步驟五拉伸金屬管材試樣啟動材料拉伸試驗機，通過上夾具和下夾具將帶有 印制網(wǎng)格的金屬管材試樣沿徑向拉伸，直到拉伸斷裂，拉伸斷裂后，矩陣排布的圓形網(wǎng)格變 成橢圓形網(wǎng)格，矩陣排布的正方形網(wǎng)格變成長方形網(wǎng)格； 步驟六測量金屬管材試樣上變形后的網(wǎng)格冷卻后，將金屬管材試樣從上下夾 具上卸下，測量金屬管材試樣上的變形后的橢圓長軸長度或測量金屬管材試樣上的變形 后的長方形的長邊長度d2; 步驟七根據(jù)測得的矩陣排布的圓形網(wǎng)格變形前后的數(shù)據(jù)計算金屬管材試樣不同 的位置應(yīng)變e 二Ln[c^-小/d]或根據(jù)測得的矩陣排布的正方形網(wǎng)格變形前后的數(shù)據(jù)計算 金屬管材試樣不同的位置應(yīng)變e 二Ln[d廠d/d]，再根據(jù)拉伸力F及金屬管材試樣不同位置 的寬度、厚度，通過應(yīng)力計算獲得應(yīng)力，即可獲得金屬管材試樣的高溫應(yīng)力應(yīng)變曲線。
本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明的金屬管材高溫性能測試方法在金屬管材試樣的 上表面印制網(wǎng)格，通過對金屬管材拉伸前后印制網(wǎng)格的變形量即可獲得應(yīng)力-應(yīng)變、硬化 指數(shù)、厚向異性指數(shù)等多個與高溫材料性能相關(guān)的參數(shù)，減少試驗次數(shù)，大大降低了試驗成 本；本發(fā)明不需要引伸計即可準(zhǔn)確地測試金屬管材的高溫性能。


圖1是本發(fā)明的具體實施方式
一中帶有矩陣排布的圓形網(wǎng)格的金屬管材試樣的 裝夾主視圖，圖2是本發(fā)明的具體實施方式
一中帶有矩陣排布的正方形網(wǎng)格的金屬管材試 樣的裝夾主視圖，圖3是圖1或圖2的左視圖，圖4是具體實施方式
一中拉斷后的帶有矩陣 排布的橢圓形網(wǎng)格金屬管材試樣，圖5是具體實施方式
一中拉斷后的帶有矩陣排布的長方 形網(wǎng)格金屬管材試樣。
具體實施例方式
具體實施方式
一 如圖1 5所示，本實施方式的金屬管材高溫性能測試方法步驟 如下 步驟一、制作金屬管材試樣選取長度為L的金屬管材，以金屬管材的中軸線0為 界，將金屬管材的上半部分兩端對稱各切掉一部分，使剩余部分的金屬管材的最短的母線 長度為金屬管材長度L的0. 6 0. 8倍，剩余部分形成的斜面正投影與中垂線之間的夾 角a為5 10° ，從而得到金屬管材試樣； 步驟二、印制網(wǎng)格先在金屬管材試樣的上半部分的外表面涂敷一層光致抗蝕劑， 然后透過掩模對金屬管材試樣的上半部分外表面的光致抗蝕劑層進行選擇性曝光，即把要 印制的網(wǎng)格輪廓部分進行曝光，所述要印制的的網(wǎng)格輪廓為以矩陣排布的圓形網(wǎng)格輪廓或 以矩陣排布的正方形網(wǎng)格輪廓，用金屬腐蝕液對已曝光部分的矩陣排布的圓形網(wǎng)格輪廓內(nèi) 部或矩陣排布的正方形網(wǎng)格輪廓內(nèi)部進行腐蝕，矩陣排布的圓形網(wǎng)格或矩陣排布的正方形 網(wǎng)格即可印制到金屬管材試樣的上表面上，測量矩陣排布的圓形網(wǎng)格的直徑小或測量矩 陣排布的正方形網(wǎng)格的邊長d; 步驟三、裝夾金屬管材試樣將與金屬管材試樣內(nèi)徑相同長短相等的兩個橫截面 呈半圓形的金屬棒一起穿過金屬管材試樣，將橫截面呈半圓形的金屬棒的兩端通過連接件 固裝在材料拉伸試驗機的上下夾具上，使金屬管材試樣的網(wǎng)格部分位于加熱爐內(nèi)，所述材
5料拉伸試驗機的廠家為深圳新三思集團公司、型號為CMT5000 ; 步驟四、加熱金屬管材試樣將金屬管材試樣的網(wǎng)格部分加熱到300°C 800°C ;
步驟五拉伸金屬管材試樣啟動材料拉伸試驗機，通過上夾具和下夾具將帶有 印制網(wǎng)格的金屬管材試樣沿徑向拉伸，直到拉伸斷裂，拉伸斷裂后，矩陣排布的圓形網(wǎng)格變 成橢圓形網(wǎng)格，矩陣排布的正方形網(wǎng)格變成長方形網(wǎng)格； 步驟六測量金屬管材試樣上變形后的網(wǎng)格冷卻后，將金屬管材試樣從上下夾 具上卸下，測量金屬管材試樣上的變形后的橢圓長軸長度或測量金屬管材試樣上的變形 后的長方形的長邊長度d2; 步驟七根據(jù)測得的矩陣排布的圓形網(wǎng)格變形前后的數(shù)據(jù)計算金屬管材試樣不同 的位置應(yīng)變e 二Ln[c^-小/d]或根據(jù)測得的矩陣排布的正方形網(wǎng)格變形前后的數(shù)據(jù)計算 金屬管材試樣不同的位置應(yīng)變e 二Ln[d廠d/d]，再根據(jù)拉伸力F及金屬管材試樣不同位置 的寬度、厚度，通過應(yīng)力計算獲得應(yīng)力，即可獲得金屬管材試樣的高溫應(yīng)力應(yīng)變曲線。
具體實施方式
二 如圖1 2所示，本實施方式步驟一中金屬管材試樣選取的長度 L為35 45mm的金屬管材，剩余部分的金屬管材的最短的母線的長度為金屬管材長度 L的0.7倍。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三如圖1 2所示，本實施方式步驟一中剩余部分形成的斜線投影 與中垂線之間的夾角a為6 9° ?？梢愿鶕?jù)金屬管材試樣的直徑選擇剩余部分形成的斜 線投影與中垂線之間的夾角的大小其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
四如圖1 2所示，本實施方式步驟一中剩余部分形成的斜線投影 與中垂線之間的夾角a為7 8° ?？梢愿鶕?jù)金屬管材試樣的直徑選擇剩余部分形成的斜 線投影與中垂線之間的夾角的大小其它與具體實施方式
三相同。
具體實施方式
五如圖1所示，本實施方式步驟二中所述矩陣排布的圓形網(wǎng)格的 直徑小為4mm。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
六如圖2所示，本實施方式步驟二中所述矩陣排布的正方形網(wǎng)格 的邊長d為4mm。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
七本實施方式步驟四中所述金屬管材試樣的網(wǎng)格部分加熱到 35(TC 75(TC?？梢愿鶕?jù)不同材料的金屬管材試樣選擇相應(yīng)的加熱溫度。其它與具體實施 方式一相同。
具體實施方式
八本實施方式步驟四中所述金屬管材試樣的網(wǎng)格部分加熱到 40(TC 70(TC?？梢愿鶕?jù)不同材料的金屬管材試樣選擇相應(yīng)的加熱溫度。其它與具體實施 方式七相同。 具體實施方式
九本實施方式步驟四中所述金屬管材試樣的網(wǎng)格部分加熱到
45(TC 65(TC?？梢愿鶕?jù)不同材料的金屬管材試樣選擇相應(yīng)的加熱溫度。其它與具體實施 方式八相同。 具體實施方式
十本實施方式步驟四中所述金屬管材試樣的網(wǎng)格部分加熱到
50(TC 60(TC?？梢愿鶕?jù)不同材料的金屬管材試樣選擇相應(yīng)的加熱溫度。其它與具體實施 方式九相同。
權(quán)利要求
一種金屬管材高溫性能測試方法，其特征在于所述高溫性能測試方法的步驟如下步驟一、制作金屬管材試樣選取長度為L的金屬管材，以金屬管材的中軸線O為界，將金屬管材的上半部分兩端對稱各切掉一部分，使剩余部分的金屬管材的最短的母線長度L1為金屬管材長度L的0.6～0.8倍，剩余部分形成的斜面正投影與中垂線之間的夾角α為5～10°，從而得到金屬管材試樣；步驟二、印制網(wǎng)格先在金屬管材試樣的上半部分的外表面涂敷一層光致抗蝕劑，然后透過掩模對金屬管材試樣的上半部分外表面的光致抗蝕劑層進行選擇性曝光，即把要印制的網(wǎng)格輪廓部分進行曝光，所述要印制的的網(wǎng)格輪廓為以矩陣排布的圓形網(wǎng)格輪廓或以矩陣排布的正方形網(wǎng)格輪廓，用金屬腐蝕液對已曝光部分的矩陣排布的圓形網(wǎng)格輪廓內(nèi)部或矩陣排布的正方形網(wǎng)格輪廓內(nèi)部進行腐蝕，矩陣排布的圓形網(wǎng)格或矩陣排布的正方形網(wǎng)格即可印制到金屬管材試樣的上表面上，測量矩陣排布的圓形網(wǎng)格的直徑φ或測量矩陣排布的正方形網(wǎng)格的邊長d；步驟三、裝夾金屬管材試樣將與金屬管材試樣內(nèi)徑相同長短相等的兩個橫截面呈半圓形的金屬棒一起穿過金屬管材試樣，將橫截面呈半圓形的金屬棒的兩端通過連接件固裝在材料拉伸試驗機的上下夾具上，使金屬管材試樣的網(wǎng)格部分位于加熱爐內(nèi)；步驟四、加熱金屬管材試樣將金屬管材試樣的網(wǎng)格部分加熱到300℃～800℃；步驟五拉伸金屬管材試樣啟動材料拉伸試驗機，通過上夾具和下夾具將帶有印制網(wǎng)格的金屬管材試樣沿徑向拉伸，直到拉伸斷裂，拉伸斷裂后，矩陣排布的圓形網(wǎng)格變成橢圓形網(wǎng)格，矩陣排布的正方形網(wǎng)格變成長方形網(wǎng)格；步驟六測量金屬管材試樣上變形后的網(wǎng)格冷卻后，將金屬管材試樣從上下夾具上卸下，測量金屬管材試樣上的變形后的橢圓長軸長度d1或測量金屬管材試樣上的變形后的長方形的長邊長度d2；步驟七根據(jù)測得的矩陣排布的圓形網(wǎng)格變形前后的數(shù)據(jù)計算金屬管材試樣不同的位置應(yīng)變ε＝Ln[d1-φ/d]或根據(jù)測得的矩陣排布的正方形網(wǎng)格變形前后的數(shù)據(jù)計算金屬管材試樣不同的位置應(yīng)變ε＝Ln[d2-d/d]，再根據(jù)拉伸力F及金屬管材試樣不同位置的寬度、厚度，通過應(yīng)力計算獲得應(yīng)力，即可獲得金屬管材試樣的高溫應(yīng)力應(yīng)變曲線。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬管材高溫性能測試方法，其特征在于步驟一中金屬管材試樣選取的長度L為35 45mm的金屬管材，剩余部分的金屬管材的最短的母線的 長度為金屬管材長度L的0. 7倍。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬管材高溫性能測試方法，其特征在于步驟一中剩 余部分形成的斜線投影與中垂線之間的夾角a為6 9° 。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種金屬管材高溫性能測試方法，其特征在于步驟一中剩 余部分形成的斜線投影與中垂線之間的夾角a為7 8° 。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬管材高溫性能測試方法，其特征在于步驟二中所 述矩陣排布的圓形網(wǎng)格的直徑小為4mm。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬管材高溫性能測試方法，其特征在于步驟二中所 述矩陣排布的正方形網(wǎng)格的邊長d為4mm。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬管材高溫性能測試方法，其特征在于步驟四中所 述金屬管材試樣的網(wǎng)格部分加熱到350°C 750°C。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種金屬管材高溫性能; 述金屬管材試樣的網(wǎng)格部分加熱到400°C 700°C。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種金屬管材高溫性能; 述金屬管材試樣的網(wǎng)格部分加熱到450°C 650°C。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種金屬管材高溫性能 述金屬管材試樣的網(wǎng)格部分加熱到500°C 600°C。試方法，其特征在于步驟四中所 試方法，其特征在于步驟四中所l試方法，其特征在于步驟四中所
全文摘要
一種金屬管材高溫性能測試方法，它涉及一種金屬管材高溫性能測試方法。本發(fā)明解決了目前沒有專用的金屬管材高溫性能測試方法的問題。本發(fā)明的工藝步驟如下一、制作金屬管材試樣；二、印制網(wǎng)格；三、將帶有印制網(wǎng)格的金屬管材試樣的兩端夾緊在材料拉伸試驗機的上下夾具上；四、將金屬管材試樣的網(wǎng)格部分加熱到300℃～800℃；五、拉伸金屬管材試樣；六、測量金屬管材試樣上變形后的網(wǎng)格；七、根據(jù)測得的矩陣排布的圓形網(wǎng)格變形前后的數(shù)據(jù)即可獲得金屬管材高溫性能數(shù)據(jù)。本發(fā)明不需要引伸計即可準(zhǔn)確地測試金屬管材的高溫性能。
文檔編號G01N1/32GK101762428SQ20091021746
公開日2010年6月30日 申請日期2009年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月30日
發(fā)明者徐永超, 苑世劍 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)