金属的杨氏模量测量方法技术

一种金属的杨氏模量测量方法，包括步骤：测定金属样品在多个温度下的热膨胀系数以及在常温下的杨氏模量，其中，所述温度为所述金属样品氧化温度范围外的温度；根据所述常温下的杨氏模量、热膨胀系数计算对应温度下的杨氏模量，获得多个温度-杨氏模量数据组；根据各所述温度-杨氏模量数据组建立温度-杨氏模量的拟合回归方程；根据所述拟合回归方程确定高温下的杨氏模量。通过本发明专利技术方案解决现有测试方法和手段的局限，一些难熔金属材料的高温材料特性的无法获得的难题。并可以提高高温下金属杨氏模量的测量准确率，特别是提高了难熔金属高温下的杨氏模量测量准确率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及测量
，特别是涉及一种。
技术介绍
传统技术中，往往通过试验测量来评价产品的热性能、振动特性等可靠性研究等。随着计算机技术的发展，模拟仿真技术大量应用于产品的热态下的可靠性研究，可以大大降低成本，提高效率。因此金属材料的物理性能在高温状态下变化的研究就显得非常重要，获得物理特性参数在高温时具体的数据是准确评价产品热、机械可靠性研究的基础。其中，杨氏模量是固体材料的一个重要力学参数，也叫弹性模量，反映了固体材料抵抗外力产生拉伸(或压缩)形变的能力，表示线弹性材料的弹性形变和应力之间关系的比例常数。从微观角度来说，则是原子、离子或分子之间键合强度的反映，凡影响键合强度的因素均能影响材料的弹性模量，如键合方式、晶体结构、化学成分、微观组织、温度等。杨氏模量E是反映材料抵抗应变的能力，杨氏模量的大小与温度的值有很大的关系。随着温度升高，原子间距增大，相互作用减小，金属的弹性模量将降低。随着科技的发展，材料所处的工作环境也更为复杂，在工程设计上只考虑材料常温环境的杨氏模量已经不能很好的满足工程需要，同时在对采用模拟仿真计算产品的热形变、振动特性时，随温度变化的杨氏模量值是关键，其值的准确与否直接决定着模拟仿真的正确性，所以测定温度环境下的材料杨氏模量具有很高的工程价值和实际应用前景。特别是针对一些特殊用途的材料，如真空电子器件用的金属材料一般是难熔金属，其抗振仿真设计研究需要用到1000°c以上的杨氏模量参数。其中，难熔金属一般指熔点高于1650°C并有一定储量的金属(钨、钽、钥、铌、铪、铬、钒、锆和钛)，也有将熔点高于锆的熔点(1852°C)的金属称为难熔金属。这些难熔技术在常温下物理性能稳定，但高温下容易氧化。例如钨是常用难熔材料中熔点最高，是一种很硬、很稳定的元素。钨在900°C以下的空气中氧化甚微，但在高温下，在含有氧气或其它氧化气体的大气中，钨会迅速氧化并形成WO30又如，钥是一种硬度高、无磁性、化学性能稳定的难熔金属。在高温时表现出氧化性，当温度高于600°C将很快形成Mo2O3而升华。钽是一种重量轻、强度高的难熔金属。钽对氧气很敏感，在空气中加热到400°C时将生成Ta2O5而显著氧化。当试样中含有碳等易被氧化的组分时，氧化后，试样的组分和组织结构发生变化，试样的性能就发生变化，致使测试不准确。目前已经发展了大量的杨氏模量测试方法。然而，没有任何一种方法能够适合于所有的应用领域，反之对于特定的应用场合，并非所有方法都能适用。比如，传统技术中提供了一种温度环境下测量动态弹性模量装置及测量方法，将梁试件夹持于刚性固定台上，一端固定一端自由的悬臂状态。通过电阻加热装置，热电偶温度反馈和温度控制仪器对试件进行加温和温度控制。安装与试件上的压电陶瓷激振器接受经信号放大仪器所放大的激振信号，对试样进行激振，激光测振仪器对温度环境下的试件进行模态测试，计算机接收激光测振仪器的信号，通过信号分析得到试样在所控温度环境下的各阶次固有频率和模态，通过固有频率和弹性模量的关系由测得的固有频率反推出所控温度环境下的材料动态弹性模量。虽然该方法可以测量材料在高温下的弹性模量值，但该测量方法所进行的条件在空气中，在对试样进行加热测量时，无法避免一些材料如钨、钥等难熔金属材料的氧化，从而影响实验结果值的准确性。
技术实现思路
基于此，有必要针对测量杨氏模量准确率不高和无法直接测得高温时金属材料杨氏模量的问题，提供一种。一种，包括步骤:测定金属样品在多个温度下的热膨胀系数以及在常温下的杨氏模量，其中，所述温度为所述金属样品氧化温度范围外的温度；根据所述常温下的杨氏模量、热膨胀系数计算对应温度下的杨氏模量，获得多个温度-杨氏模量数据组；根据各所述温度-杨氏模量数据组建立温度-杨氏模量的拟合回归方程；根据所述拟合回归方程确定高温下的杨氏模量。上述，提出一种测试和拟合外推计算相结合的高温杨氏模量获得方法，以较低温度(比如室温?600°c以下)状态下试验测试得到的数据为基础得到最佳拟合回归方程，根据拟合回归方程外推即可获得高温状态(比如600°C以上，熔点以下)的材料杨氏模量，特别针对难熔金属材料，解决了高温下材料氧化而无法直接测量的问题，提高了测量高温下金属杨氏模量的准确率，特别是提高了难熔金属高温下的杨氏模量测量准确率，从而提高了模拟仿真过程中的准确度。【附图说明】图1为本专利技术实施例的流程示意图；图2为本专利技术应用实例中可伐合金4J33弹性模量与温度关系示意图。【具体实施方式】下面结合实施例及附图对本专利技术作进一步详细说明，但本专利技术的实施方式不限于此。如图1所示，为本专利技术实施例的流程示意图，包括步骤:步骤SlOl:测定金属样品在多个温度下的热膨胀系数以及在常温下的杨氏模量，其中，所述温度为所述金属样品氧化温度范围外的温度；其中，常温可以是25摄氏度。氧化温度范围是一个温度范围,这个温度范围会导致该金属样品氧化。可以将金属样品放置在热机械分析仪(TMA)的样台上，并通过计算机控制系统进行加热到所要的温度，根据需要可以对加热环境的气氛进行控制。温度达到要求后，选择加载负载为零，测量样品尺寸变化与温度的关系，即可得到该金属的热膨胀系数，操作简单，测量快速。由于金属容易在高温下产生氧化，特别是难熔金属，因此本步骤测量数据是在低温环境中进行测量，该低温环境不会导致金属氧化。在其中一个实施例中，可以测量金属样品在某一温度范围内的平均热膨胀系数作为该温度范围中间温度对应的热膨胀系数。从而使测量更准确。在另一个实施例中，由于温度范围不大的情况下热膨胀系数变化值不大，因此也可以取某一温度范围内某一单点值代替这一温度范围内的热膨胀系数平均值。步骤S102:根据所述常温下的杨氏模量、热膨胀系数计算对应温度下的杨氏模量，获得多个温度-杨氏模量数据组；根据该金属样品常温下的杨氏模量、不同温度下的热膨胀系数即可得到对应温度下的杨氏模量。常温下的杨氏模量可以采用传统技术获得。温度-杨氏模量表示温度和杨氏模量。在其中一个实施例中，可以采用以下公式计算杨氏模量；E = Ε0(1-25α T)其中,E表不T对应的该金属样品的杨氏模量,Etl表不常温下该金属样品的杨氏模量，α表示T对应的热膨胀系数，T表示温度。这里的T为金属样品氧化温度范围外的温度。本实施例目的是为了提供一种试验测量和理论公式计算及拟合外推相结合的间接的高温杨氏模量测试方法。步骤S103:根据各所述温度-杨氏模量数据组建立温度-杨氏模量的拟合回归方程;回归分析包括线性回归和非线性回归，根据变量的不同回归分析又分别包含一元线性回归和多元线性回归、一元非线性回归和多元非线性回归。本方案提出的杨氏模量与温度的关系拟合属于一元回归。获取温度-杨氏模量的拟合回归方程有很多种方法，比如，可以将各温度-杨氏模量数据组输入到数学编辑软件中，即可获得拟合回归方程。也可以使用OriginLab、MathType等数学公式软件，用最小二乘法原理来对数据进行曲线拟合，建立温度_杨氏模量的拟合回归方程。其中，利用最小二乘法建立最符合试验测试的数据变化规律回归方程，可以保证外推的准确性。步骤S104:根据所述拟合回归方程确定高温下的杨氏模量。这里的高温可以是会导致金属氧化的温度，通过向拟合回本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属的杨氏模量测量方法，其特征在于，包括步骤：测定金属样品在多个温度下的热膨胀系数以及在常温下的杨氏模量，其中，所述温度为所述金属样品氧化温度范围外的温度；根据所述常温下的杨氏模量、热膨胀系数计算对应温度下的杨氏模量，获得多个温度‑杨氏模量数据组；根据各所述温度‑杨氏模量数据组建立温度‑杨氏模量的拟合回归方程；根据所述拟合回归方程确定高温下的杨氏模量。

【技术特征摘要】
1.一种金属的杨氏模量测量方法，其特征在于，包括步骤: 测定金属样品在多个温度下的热膨胀系数以及在常温下的杨氏模量，其中，所述温度为所述金属样品氧化温度范围外的温度； 根据所述常温下的杨氏模量、热膨胀系数计算对应温度下的杨氏模量，获得多个温度-杨氏模量数据组； 根据各所述温度-杨氏模量数据组建立温度-杨氏模量的拟合回归方程； 根据所述拟合回归方程确定高温下的杨氏模量。2.根据权利要求1所述的金属的杨氏模量测量方法，其特征在于，所述根据各所述温度-杨氏模量数据组建立温度-杨氏模量的拟合回归方程步骤，包括: 根据各所述温度-杨氏模量数据组绘制杨氏模量散点图； 删除所述杨氏模量散点图中的数据畸点； 根据删除数据畸点后的杨氏模量散点图建立温度-杨氏模量的拟合回归方程。3.根据权利要求1所述的金属的杨氏模量测量方法，其特征在于，所述根据各所述温度-杨氏模量数据组建立温度-杨氏模量的拟合回归方程步骤，包括: 采用最小二乘法对各所述温度-杨氏模量数据组进行拟合，建立温度-杨氏模量的拟合回归方程。4.根据权利要求1所述的金属的杨氏模量测量方法，其特征在于，所述根据各所述温度-杨氏模量数据组建立温度-杨氏模量的拟合回归方程步骤，包括: 将各所述温度-杨氏模量数据组进行拟合，得到温度-杨氏模量的拟合曲线，根据所述拟合曲线获取多个初始化的拟合回归方程； 根据所述温度-杨氏模量数据组对各所述初始化的拟合回归方程进行拟合优度检验，得到温度-杨氏模量的拟合回归方程。5.根据权利要求4所述的金属的杨氏模量测量方法，其特征在于，所述根据所述拟合曲线获取多个初始化的拟合回...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋芳芳，恩云飞，何小琦，许沙，
申请(专利权)人：工业和信息化部电子第五研究所，
类型：发明
国别省市：广东;44