高温维氏硬度计制造技术

一种高温维氏硬度计，包括有一气氛室，所述气氛室内设置有用于加热试样的加热装置、循环水冷装置、带动所述加热装置移动的XY平台、硬度测试装置以及一压痕图像采集装置，所述压痕图像采集装置与所述加热装置之间设置有一冷却盘，所述冷却盘上设置有一观察孔，所述观察孔内嵌装有隔热镜片，所述冷却盘内通有循环对其冷却的液体，其可以在高温环境下观察待检测金属材料表面的压痕并进行维氏硬度值计算，克服了现有技术中高温硬度计难以实时采集压痕的图像而难以作为维氏硬度计使用的技术问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种高温硬度测试仪器，特别涉及一种高温维氏硬度计。
技术介绍
布氏硬度、洛氏硬度以及维氏硬度的硬度值所代表的物理含义是材料表面抵抗坚硬物体压入的能力，他们可以反映材料的弹性、塑性、强度和韧度的一项综合指标。其中维氏硬度的测试原理是：将120kg以内的载荷与顶角为136°的金刚石方形锥压入材料表面，并在显微镜下观察材料压痕凹坑的表面积，将该表面积除以载荷值，即为维氏硬度值。硬度测试本身是一个破坏性的实验，也就是说，单一的测试方法无法得到同一试样在不同条件下的精准硬度值，但是，材料使用时，不同温度对于材料的硬度影响极大，因而，在诸如工具钢材料、耐磨涂层等高温下使用的材料而言，测试其高温下的不同性能，具有巨大的实用价值。想要检验高温环境下材料的维氏硬度，就需要克服以下几个方面的问题：第一，金属材料在高温下的氧化问题；第二材料采用何种方式加热并在其冷却产生金相组织变化前进行硬度测试；第三，维氏硬度需要显微观察压痕的表面面积，高温环境下如何进行实时观察。授权公告号为CN201965064U的技术专利中公开了一种高温硬度计，其通过真空泵与炉壳的配合，解决了待检测硬度的材料在高温下氧化的问题；通过保温箱与发热体的配合，实现了待检测金属材料的加热问题。然而，对于第三个在高温下实时观察与计算压痕面积以获得维氏硬度值的问题，该专利并无相关结构进行实现，因而，这种结构适合于洛氏硬度或者布氏硬度的测试，而无法应用至高温维氏硬度测试中。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种可以在高温环境下观察待检测金属材料表面的压痕并进行维氏硬度值计算的高温维氏硬度计。本专利技术的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：一种高温维氏硬度计，包括有一气氛室，所述气氛室内设置有用于加热试样的加热装置、循环水冷装置、带动所述加热装置移动的XY平台、硬度测试装置以及一压痕图像采集装置，所述压痕图像采集装置与所述加热装置之间设置有一冷却盘，所述冷却盘上设置有一观察孔，所述观察孔内嵌装有隔热镜片，所述冷却盘内通有循环对其冷却的液体。通过采用上述技术方案，高温下进行压痕的实时观察，需要克服的技术问题是镜头的高温烧毁问题，本方案中，以冷却盘将压痕图像采集装置与加热装置隔开，冷却盘上的观察孔用于图像采集，而其余部分则通过外部循环液体进行循环冷却，这样的设置下，加热装置的热量一部分被隔热镜片阻挡，另一部分被循环的液体带走，因此，高温环境基本不会影响压痕图像采集装置的正常工作，具备了加热装置以及实时的压痕图像采集装置，使得本方案适合于高温维氏硬度测试。优选地，所述压痕图像采集装置包括有物镜以及设置于所述物镜内的光学系统，所述光学系统包括有用于连接至外部计算机的CCD模块、窄带光源以及分束镜，所述窄带光源发出的单频光照射在试样上并反射，经过所述分束镜后进入CCD模块。通过采用上述技术方案，金属在加热至800度后，其自身会发出白色光线，而这个光线本身会干扰CCD模块的图像采集工作，将传统的光源更换成窄带光源后，照射至加热后的样件表面的光为单一频率的光线，被样件表面反射后的光依旧为单一频率的光线，其他频率的光线将被滤光镜滤去，也就是说，CCD模块只能采集到窄带光源发出的并被样件表面反射的光线，样件受热后发出的光线将直接被滤光镜片滤去，因而，维氏硬度计可以满足800摄氏度以上的温度下的高温维氏硬度检测的需要，且CCD模块采集到的压痕图像清晰可辨，因而，可以精确的计算压痕的面积，根据它计算出来的维氏硬度值也更加精确；而分束镜的作用是半透半反，也就是说，只有部分频率的光可以透过分束镜，因此，将它设置于CCD模块与反射光线之间，可以利用它的特性直接滤去干扰光线，只允许窄带光源所激发的光线进入CCD模块，以进一步提高压痕的图像采集精度。优选地，所述加热装置包括有一壳体，所述壳体内设置有一用于放置加热体以及待加热试样的加热腔室，以及与所述加热腔室邻接的风冷腔室，所述加热腔室的外壁中设置有用于连接至循环水冷装置以对加热腔室外壁进行冷却的空心流道。优选地，所述加热装置上还设置有一水冷腔室，且其与风冷腔室一起将加热腔室夹于中间，所述水冷腔室与加热腔室邻接的侧壁上设置有连通至空心流道的入水口和出水口。通过采用上述技术方案，高温加热的温度要至少高于800度，然而，加热体外接的电源却难以承受如此高的温度，因此，需要加热体上连接外部电路的位置进行可靠的冷却，本方案中直接增加风冷腔室，以风冷的形式对加热体的冷端进行风冷，以保证其与外部电路的可靠连接；而加热装置设置于气氛室内，为减少其对气氛室内的其他装置的热辐射，在它的另一侧设置水冷腔室，以将外部冷却水引至加热腔室内的空心流道，对其进行冷却。优选地，所述加热腔室的底壁上设置有一用于放置试样的安置孔，所述加热体呈U型，所述加热体将所述安置孔包围，所述加热腔室的内壁与加热体外壁之间还填充有保温隔热材料。通过采用上述技术方案，加热体的加热对象仅是安置孔内的试样，将其设置为U型，并将安置孔包围，可以使其针对性的对试样进行加热，其他位置的保温隔热材料的作用有两个：一是防止加热体的温度散失，影响装置的热效率，二是防止加热体温度自壳体的外壁向外部辐射，影响气氛室内的其他装置，因此，在加热腔室的内壁与加热体外壁之间填充保温隔热材料，即可同时起到保温与隔热的作用。优选地，所述加热腔室包括有一顶部开口的盒体、铰接于所述盒体侧壁边缘的盖板以及锁紧所述盖板与盒体的锁扣，所述盖板上对应于安置孔的位置处设置有供所述试样露出盒体并与压头接触的透孔，所述盖板与所述加热体之间的距离不小于5㎜。通过采用上述技术方案，将加热腔室的顶部设置成顶部开口并铰接盖板的形式，有利于向加热腔室内安装试样；试样安装并加热后，需要对其表面进行压痕制作，为防止压头与加热腔室的外壁干涉，在盖板上设置透孔，安装时，只要试样与盖板的外顶壁齐平，竟可以保证压头不伸入加热腔室内，以防止其过热；而将盖板设置的距离加热体不小于5㎜的高度处，可以在加热体与盖板之间形成一层空气隔热层，加上盖板内的空心流道的水冷作用，盖板向外的热辐射可以降至最低。优选地，所述加热体为串联至外部电路的至少两根硅钼棒。通过采用上述技术方案，硅钼棒为阻性电热元件，其在高温下发生氧化后会在表面生成一层石英玻璃膜，以防止其进一步氧化，因而其具有独特的高温抗氧化性，并且，其最高的使用温度可以达到1800摄氏度，可以满足于高温维氏硬度检测的加热温度需要；并且，由于硅钼棒的阻值不随使用时间的长短而发生变化，因此，串联两根至多根硅钼棒，当其中的部分硅钼棒失效时，其他硅钼棒还可以起作用，以保证对于试样的可靠加热温度。优选地，所述XY平台与气氛室的底面之间还设置有驱动所述XY平台升降的丝杠升降机构。通过采用上述技术方案，压痕图像采集装置要采集试样表面的压痕图像，则需要与试样表面进行对焦，而XY平台本身只能带动加热装置在其所在的水平面内进行平移而无法升降，因此，要对焦，就需要移动压痕图像采集装置或者加热装置以使两者相互靠近或者远离，而压痕采集装置本身内置有光学系统和图像传输的器件，移动它可能会影响图像与外部的通讯，而通过丝杠升降机构驱动加热装置升降以完成对焦，则可以解决上述问题，且调整过程方便；此外，丝杠传动平稳，有利于保持加热装置的平稳升本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高温维氏硬度计，其特征是：包括有一气氛室(1)，所述气氛室(1)内设置有用于加热试样的加热装置(2)、循环水冷装置(3)、带动所述加热装置(2)移动的XY平台(4)、硬度测试装置(5)以及一压痕图像采集装置(6)，所述压痕图像采集装置(6)与所述加热装置(2)之间设置有一冷却盘，所述冷却盘上设置有一观察孔，所述观察孔内嵌装有隔热镜片，所述冷却盘内通有循环对其冷却的液体。

【技术特征摘要】
1.一种高温维氏硬度计，其特征是：包括有一气氛室(1)，所述气氛室(1)内设置有用于加热试样的加热装置(2)、循环水冷装置(3)、带动所述加热装置(2)移动的XY平台(4)、硬度测试装置(5)以及一压痕图像采集装置(6)，所述压痕图像采集装置(6)与所述加热装置(2)之间设置有一冷却盘，所述冷却盘上设置有一观察孔，所述观察孔内嵌装有隔热镜片，所述冷却盘内通有循环对其冷却的液体。2.根据权利要求1所述的高温维氏硬度计，其特征是：所述压痕图像采集装置(6)包括有物镜（61）以及设置于所述物镜（61）内的光学系统（60），所述光学系统（60）包括有用于连接至外部计算机的CCD模块（600）、窄带光源（601）以及分束镜（603），所述窄带光源（601）发出的单频光照射在试样上并反射，经过所述分束镜（603）后进入CCD模块（600）。3.根据权利要求1或2所述的高温维氏硬度计，其特征是：所述加热装置(2)包括有一壳体，所述壳体内设置有一用于放置加热体以及待加热试样的加热腔室(22)，以及与所述加热腔室（22）邻接的风冷腔室（21），所述加热腔室(22)的外壁中设置有用于连接至循环水冷装置(3)以对加热腔室（22）外壁进行冷却的空心流道。4.根据权利要求3所述的高温维氏硬度计，其特征是：所述加热装置(2)上还设置有一水冷腔室(23)，且其与风冷腔室(21)一起将...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏道全，
申请(专利权)人：北京东方德兴科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11