本发明专利技术涉及材料力学性能测试的装置，具体为一种测定金属材料载荷-位移曲线的压痕装置，包括机械部分和电气控制部分，该机械部分与该电气控制部分通过数据传输线连接，机械部分由定位装置和压痕制造装置组成，其中压痕制造装置采用两相混合式直线型步进电机带动压头上下移动，压头为直径为不大于1mm的金刚石材料球形压头；电气控制部分包括可编程序控制器、触摸屏、电机驱动器，用于驱动机械部分的步进电机，并采集机械部分所测量的数据，可实现人机交互；本发明专利技术为无损检测装置，具有结构简单、体积小、重量轻、检测精度高、便于携带至测试现场等特点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及材料力学性能测试的装置，具体为一种测定金属材料载荷-位移曲线的压痕装置。
技术介绍
目前测定金属材料常规力学性能(如弹性模量、加工硬化指数、屈服强度、抗拉强度、硬度等)包括直接和间接法两大类，这两大类方法中又涉及到多种不同的材料性能测试或估算类型，现有
中金属材料力学性能检测方法可见图7。在图7方法中，尤以无损型的示值压痕技术引人注目，它可以实时检测材料的表面性能而无需破坏结构的原始状态。以检测涂层和脆性材料为主的纳米压痕仪出现较早， 然而纳米压痕仪存在环境要求高、价格昂贵、应用受限等缺点而得不到广泛的应用，为了克服纳米压痕仪存在的缺点，相关研究人员开发了毫微米级的压痕设备。采用示值压痕技术测量材料力学性能的方法最基本的要求是要获得准确的P_h 曲线，即能够在压头压入材料的过程中同时记录下载荷(力)及其与之对应深度(位移) 的变化信息。目前已出现多种类型的此类设备，体积重量各不相同，用途也有所区别。现有的压痕力学性能检测装置通常存在着体积庞大，重量重，成本较高而不适合现场的应用和工业的推广，例如装置由于其采用悬臂式电机加力方式，测量对象只能为小型试样，或者采用蜗轮蜗杆传动，它仅能在特别准备的小试样上测出对应压力下的最大深度和卸载后残余深度，不能记录连续变化的载荷-位移曲线(p-h曲线)。另外现有技术中采用电磁驱动装置或采用电磁线圈给悬臂梁加力获得P-h曲线的装置，其只能提供微小载荷和纳微米级位移，不适用于现场使用。
技术实现思路
针对现有技术中存在的不足，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种便携型可用于现场检测的测定金属材料载荷-位移曲线的压痕装置。为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案如下一种测定金属材料载荷-位移曲线的压痕装置，包括机械部分和电气控制部分， 该机械部分与该电气控制部分通过数据传输线连接，其特征在于所述机械部分包括定位装置和压痕制造装置，其中定位装置位于该机械部分下端与该机械部分上端的压痕制造装置通过L型连接板连接固定； 所述压痕制造装置的一端部设置有压头和位移传感器，所述位移传感器在竖直方向与所述压头紧贴固定，用于测定压头压入被测材料表面的位移大小；所述压痕制造装置另一端安装有步进电机，所述步进电机的丝杠通过一滑块连接接头连接一滑块，所述压头上端部固定连接一载荷传感器，所述载荷传感器固定在所述滑块内部，用于测定施加于所述压头的力的大小；所述电气控制部分包括可编程序控制器、触摸屏、电机驱动器，其中该可编程序控制器的输出端连接所述电机驱动器的输入端，所述触摸屏与所述可编程序控制器通过信号线连接并互通信号；所述电机驱动器的输出端与所述机械部分的步进电机输入端连接，驱动所述步进电机的运行；所述机械部分的载荷传感器与位移传感器分别通过A/D数模转化模块与所述可编程序控制器的输入端相连，并将所测的输入至所述可编程序控制器内；所述步进电机采用两相混合式直线型步进电机。所述压头为金刚石材料的直径为不大于Imm的球形压头。所述定位装置由十字滑台和固定底座组成，其中所述十字滑台具有内层高强铝板、中层高强铝板、外层高强铝板构成的中间通透结构，所述外层高强铝板与所述固定底座螺钉固定连接，所述内层高强铝板上端面设置有两对X向滑台紧固螺栓，所述中层高强铝板上端面设置有两对Y向滑台紧固螺栓。所述两对Y向滑台紧固螺栓用于固定两根Y向不锈钢滑柱，两对X向滑台紧固螺栓用于固定两根X向不锈钢滑柱。所述滑块套在所述步进电机下端面均勻分布固定的四根导向柱上，所述丝杠的上下运动带动所述滑块沿着所述导向柱上下滑动；其中所述滑块上端面边缘处安装有电磁接近开关与所述步进电机下固定板上的磁铁位置相对应。所述两相混合式直线型步进电机内含滚珠丝杠副，该滚珠丝杠副内部丝母的旋转运动转化为所述丝杠的直线运动，所述滚珠丝杠副的螺距为1mm，采用细分驱动器驱动，最小步进角为0.014°，进给分辨率为1 μ m，行程为50mm，最高速度为10mm/S，最大推力达到 1600N。所述压头旁固定有一电子内窥镜，其中所述电子内窥镜采用直径为7mm，最大视场角为88°，放大倍数为5倍的光导探头。所述固定底座采用磁性表座或支架座。所述位移传感器和所述载荷传感器均采用线性电源供电。本专利技术具有如下的积极效果及优点1.本专利技术采用两相混合式直线型步进电机，直接将电机的旋转运动转化为直线运动，具有结构简单、体积小、重量轻的优点，单人可携带至测试现场；2.本专利技术采用直径不大于Imm的金刚石球形压头，由于采用的金刚石球形压头所使用的压力小即可达到所需的要求，其附件尺寸和重量相应减小，而所产生的压痕深度小于100 μ m,实现无损检测的要求；3.本专利技术十字滑台的上端面设置有八个紧固螺栓，可以避免在卸载过程中滑柱间隙大而造成测量上的误差；4.本专利技术加载过程中丝杠副采用螺母旋转的方式直接推动丝杆作直线运动，防止加载过程中打滑，达到额定的设计压力。5.本专利技术根据测量环境可选择强力微调磁性表座或支架座作为固定底座，可满足对磁性和非磁性材料进行测试的要求，且固定方便，体积小重量轻，方便现场使用。6.本专利技术采用人机界面的形式(即触摸屏)将其与电气控制部分直接组合到一起，避免了外接电脑的麻烦，便于现场使用和实时显示。附图说明图1为本专利技术结构框图；图2为本专利技术机械部分定位装置结构示意图；图3为本专利技术机械部分压痕制造装置结构示意图；图4为本专利技术电气原理框图；图5为本专利技术触摸屏人机操作界面(a)视频调节画面、(b)设定画面和(C)测试画面；图6为本专利技术触摸屏人机操作界面的实时监测画面(a)定位画面、(b)检测结果； 图7为本专利技术现有技术中金属材料力学性能检测方法示意图。其中101、定位装置；102、L型连接板；103、压痕制造装置；204、触摸屏；10、十字滑台；11、X向滑台；12、γ向滑台紧固螺栓；13、Υ向滑台；14、Υ向滑台紧固螺栓；15、紧固螺孔；16、Y向旋进把手；17、X向旋进把手；18、固定底座；21、滑块；22、接近开关；23、导向柱；24、电机下固定板；25、步进电机；26、电机上固定板；27、风扇；28、丝杠；29、滑块连接头；30、底座板；210、载荷传感器；211、位移传感器；212、压头。具体实施例方式以下结合附图和实施例对本专利技术作进一步详细描述。如图1-4所示，测定金属材料载荷-位移曲线的压痕装置包括机械部分1和电气控制部分2，该机械部分1与该电气控制部分2通过数据传输线连接。机械部分1为压痕制造装置103与定位装置101上、下设置的结构，定位装置101 与压痕制造装置103通过L型连接板102固定连接。压痕制造装置103固定在定位装置 101的十字滑台10上，十字滑台10上设置有紧固螺孔15，压痕制造装置103通过紧固螺孔 15以及L型连接板102固定在十字滑台10上。本实施例中紧固螺孔15的数量为8个。使用时压痕制造装置103利用定位装置101定位并在被测材料表面形成压痕；压痕制造装置 103与被测试材料接触的端部设置有压头212和位移传感器211，位移传感器211在竖直方向与压头212紧贴固定，用于测定压头212压入被测材料表面的位移大小。随着压头212 的上下运动，位移传感器211采集压头212压入材料的深度数据；压痕制造装置10本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：陈怀宁，胡楷雄，李东旭，陈静，陈军，张艳华，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：
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