一种铸铁材料热疲劳性能的试验方法技术

本发明专利技术提供一种铸铁材料热疲劳性能的试验方法，用于测试铸铁材料热疲劳性能。在7秒时间内使试样中部圆弧段直径最小部位温度从室温迅速升高至450℃，在450℃保温90秒后用24秒的时间降温至100℃，保温30秒，如此在100℃～450℃之间往复循环，通过此试验方法能够检测试样失效时的热疲劳次数。本发明专利技术是一种适合试验铸铁材料热疲劳性能的方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是一种用于测试铸铁材料热疲劳性能的方法。
技术介绍
汽车发动机气缸盖、制动鼓经常出现热疲劳开裂的问题，零件材料为灰铸铁。目前 仅有适用于热作模具钢的《热作模具钢热疲劳试验方法》。其原理是利用高频感应快速加 热，达到上限温度后利用压缩空气或喷雾等方法快速冷却至下限温度。试样由于约束而产 生内应力，在热应力的作用下经过了一定循环次数在表面产生热疲劳龟裂，该裂纹与模具 的失效龟裂相似，是模拟模具钢龟裂失效的方法。目前还没有一种适合于试验铸铁材料热 疲劳性能的方法。
技术实现思路
本专利技术提供，以解决目前还没有一种适合试 验铸铁材料热疲劳性能方法的问题。本专利技术采取的技术方案是包括下列步骤(1)、中部圆弧段直径为最小的试样两端通过夹具固定在热应力综合疲劳试验机，并与 压力传感器连接，此压力传感器用于测量试样在温度升高与降低时所产生的压、拉力的变 化，亦可判断是否产生裂纹，在试样中部即直径最小处接热电偶，测量温度的变化；(2)、接通电源使试样中部圆弧段直径最小部位、即电阻最大处在7秒时间内，温度从 室温迅速升高至450°C，在450°C保温90秒后，用M秒的时间降温至100°C，保温30秒；然 后在7秒时间内温度从室温迅速升高至450°C，在450°C保温90秒后，用M秒的时间降温 至100°C，保温30秒，如此在100°C 450°C之间往复循环；(3)、试样开裂时设备自动停止，并记录运行的时间和试验次数。专利技术产生热疲劳的原理是在试样两端固定的工况下，通过采用电流加热的方式使 如图1所示试样的中部圆弧段直径最小部位、即电阻最大处温度升高，并产生压应力和一 定的塑性变形，然后空冷使温度降低，并产生一定的拉应力，如此反复循环使试样产生热疲 劳。通过比较试样在热疲劳断裂时的冷热循环次数来判定材料抵抗热疲劳性能的优劣。我们把试样每个循环的上下限温度设置为100°C 450°C。因为下限温度100°C是 缸盖工作状态下循环冷却液的温度，上限450°C是缸盖满负荷工作时最高温度。同时铸铁材 料在超过该温度后性能下降幅度增大，是性能的拐点温度。试样加热时间为7秒，是加热的最快时间。用以模拟缸盖工作时的快速加热。试 样的上限温度保温时间为90秒。试样在上限温度保温90秒后试样在自身约束下完成了充 分的变形。该变形能够通过压应力的测量观察到。超过该时间后压应力无明显变化。试样 的冷却时间为M秒是根据试样通过夹具的冷却能力确定的。试样的下限温度保温时间为 30秒。试样在下限温度保温30秒后试样在自身约束下完成了充分的变形。该变形能够通 过拉应力的测量观察到。超过该时间后拉应力无明显变化。本专利技术是模拟汽车发动机缸盖、制动鼓工况下快速加热，利用自身条件散热的情 况，另外也结合缸盖和制动鼓用铸铁材料的特点研制了该试验方法。本试验方法采用大功 率电流快速加热、保温以及通过夹具传导冷却使试样利用自身约束产生拉压应力，经多次 循环在拉压应力作用下开裂，通过开裂次数以及拉压应力的变化情况评价材料热疲劳性能 的优劣；是一种适合试验铸铁材料热疲劳性能的方法。附图说明图1是本专利技术采用的热疲劳试样示意图； 图2是本专利技术热疲劳冷热循环示意图3是本专利技术实验例热疲劳试验结果图。具体实施例方式(1)、中部圆弧段直径为最小的试样两端通过夹具固定在热应力综合疲劳试验机， 并与压力传感器连接，此压力传感器用于测量试样在温度升高与降低时所产生的压、拉力 的变化，亦可判断是否产生裂纹，在试样中部即直径最小处接热电偶，测量温度的变化；(2)、接通电源使试样中部圆弧段直径最小部位、即电阻最大处在7秒时间内，温度从 室温迅速升高至450°C，在450°C保温90秒后，用M秒的时间降温至100°C，保温30秒；然 后在7秒时间内温度从室温迅速升高至450°C，在450°C保温90秒后，用M秒的时间降温 至100°C，保温30秒，如此在100°C 450°C之间往复循环；(3)、试样开裂时设备自动停止，并记录运行的时间和试验次数。为实现本试验方法需要热应力综合疲劳试验机、试验夹具、试验试样、热电偶。 热应力综合疲劳试验机的功能是大功率电流加热、控制试样的加热频次、加热温度、加热时 间、加热速度、计录循环次数、测量试样的应力变化。试验夹具的作用是夹持试样、散热并与 热应力综合疲劳试验机连接。试样的形状见图1。其作用首先是通过热应力综合疲劳试验 机的大功率电流来加热试样，由于试样圆弧段的面积较小，根据公式P = 1 可知该部位的 加热功率最大，因此圆弧段的加热速度远远高于试样其它部位。另外试样夹持端与铜制夹 具相连可快速散热。并且圆弧段中部与热电偶相连，可控制试样的温度变化。因此通过控 制热应力综合疲劳试验机电流加热速度、加热时间、保温时间、冷却时间如此反复就会在试 样圆弧段产生热疲劳，当出现裂纹时完成试验，查看试验次数即可。实验例采用本试验方法对两种不同成分的灰铸铁材料灰铸铁1、灰铸铁2，每种3个试样进行 热疲劳试验。试验次数结果见图3，试验结果能够通过材料进行的热疲劳循环的次数反映材 料热疲劳性能的优劣。权利要求1. ，其特征在于包括下列步骤(1)、中部圆弧段直径为最小的试样两端通过夹具固定在热应力综合疲劳试验机，并与 压力传感器连接，此压力传感器用于测量试样在温度升高与降低时所产生的压、拉力的变 化，亦可判断是否产生裂纹，在试样中部即直径最小处接热电偶，测量温度的变化；(2)、接通电源使试样中部圆弧段直径最小部位、即电阻最大处在7秒时间内，温度从 室温迅速升高至450°C，在450°C保温90秒后，用M秒的时间降温至100°C，保温30秒；然 后在7秒时间内温度从室温迅速升高至450°C，在450°C保温90秒后，用M秒的时间降温 至100°C，保温30秒，如此在100°C 450°C之间往复循环；(3)、试样开裂时设备自动停止，并记录运行的时间和试验次数。全文摘要本专利技术提供，用于测试铸铁材料热疲劳性能。在7秒时间内使试样中部圆弧段直径最小部位温度从室温迅速升高至450℃，在450℃保温90秒后用24秒的时间降温至100℃，保温30秒，如此在100℃～450℃之间往复循环，通过此试验方法能够检测试样失效时的热疲劳次数。本专利技术是一种适合试验铸铁材料热疲劳性能的方法。文档编号G01N3/60GK102116724SQ20111000470公开日2011年7月6日 申请日期2011年1月11日 优先权日2011年1月11日专利技术者冯盈盈, 刘柯军, 富壮, 李伟, 邹德志, 骆宗安 申请人:中国第一汽车集团公司本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种铸铁材料热疲劳性能的试验方法，其特征在于：包括下列步骤：（１）、中部圆弧段直径为最小的试样两端通过夹具固定在热应力综合疲劳试验机，并与压力传感器连接，此压力传感器用于测量试样在温度升高与降低时所产生的压、拉力的变化，亦可判断是否产生裂纹，在试样中部即直径最小处接热电偶，测量温度的变化；（２）、接通电源使试样中部圆弧段直径最小部位、即电阻最大处在７秒时间内，温度从室温迅速升高至４５０℃，在４５０℃保温９０秒后，用２４秒的时间降温至１００℃，保温３０秒；然后在７秒时间内温度从室温迅速升高至４５０℃，在４５０℃保温９０秒后，用２４秒的时间降温至１００℃，保温３０秒，如此在１００℃～４５０℃之间往复循环；（３）、试样开裂时设备自动停止，并记录运行的时间和试验次数。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李伟，邹德志，刘柯军，富壮，骆宗安，冯盈盈，
申请(专利权)人：中国第一汽车集团公司，
类型：发明
国别省市：82