綜合斷口測量分析儀在力學性能試驗中的應用

西安北方華山機電有限公司計量理化中心

            張利民    陳變瑩

摘  要：用綜合斷口測量分析儀對各種力學性能試驗中的試樣尺寸、形狀、形貌、面積進行測量，以解決力學性能試驗中一些尺寸、形狀、形貌用常規(guī)量具無法測量或測量繁瑣的問題。

關鍵詞：綜合斷口測量分析儀

1.前言

    在力學性能試驗中對試樣試驗前后的尺寸、形狀進行準確的測量是試驗的關鍵一步，而一些尺寸及形貌用常用的卡尺、千分尺、讀數(shù)顯微鏡無法準確快速的測量，如：斷裂韌性試驗中緊湊拉伸試樣的寬度W；斷裂韌性試驗中試樣斷后的裂紋長度；沖擊試樣、缺口拉伸、缺口疲勞試樣的缺口尺寸等。如果使用綜合斷口測量分析儀這些問題就可方便快速的解決，本文重點介紹綜合斷口測量分析儀在力學性能試驗中的一些應用

2.綜合斷口測量分析儀簡介

    綜合斷口測量分析儀如圖1所示，是利用現(xiàn)代光學及計算機技術開發(fā)的經(jīng)濟型光學綜合斷口測量分析儀。高清晰度的CCD光學系統(tǒng)、機器視覺技術、計算機及測量軟件組成。可在10－200的任意放大倍數(shù)下觀察所測件表面狀況，并實現(xiàn)點、線、圓、角度、面積等測量功能，測量精度可達0.001mm ,被測件的高度可達150mm，測量數(shù)據(jù)可方便的輸入到EXCEL、WORD、JPG中，綜合斷口測量分析儀的校準一般用精密測微尺由用戶自校，精密測微尺可送計量單位進行檢定或校準。

                                                                       圖1

3.綜合斷口測量分析儀在力學性能試驗中的應用

　　綜合斷口測量分析儀方便的顯示放大及測量功能，可廣范地應用于各種力學性能試驗的試前試樣、斷后試樣及斷口的測量與分析。下面就其在力學性能試驗中的一些具體應用作一介紹。

3.1試樣尺寸的測量

　　在力學性能試驗中試樣原始尺寸測量的準確性直接影響試驗結果，而一些試樣的原始尺寸用卡尺、千分尺、讀數(shù)顯微鏡無法直接測量，如斷裂韌性試驗中緊湊拉伸試樣的寬度W；缺口拉伸、缺口疲勞試樣的缺口半徑及缺口底部圓弧半徑；沖擊試樣的缺口形狀及深度檢查等。而用綜合斷口測量分析儀這些問題可方便解決。圖2所示就是用綜合斷口測量分析儀的自動測量及繪圖功能測量的緊湊拉伸試樣的尺寸，日常試驗中也可用其手動功能快速測量緊湊拉伸試樣寬度W及線切割缺口長度。對于各種缺口，用綜合斷口測量分析儀既可準確測量其深度，還可方便的測出缺口底部圓弧半徑及缺口角度。圖3所示是一沖擊缺口的測量結果。

圖2  緊湊拉伸試樣                                      圖3  沖擊缺口

3.2布氏硬度壓痕直徑的測量

   隨著新版布氏硬度試驗標準的廣范使用，φ2.5mm小硬質(zhì)合金鋼球進行布氏硬度的試驗日益增多，其試驗后壓痕直徑用傳統(tǒng)的讀數(shù)顯微鏡測量因放大倍數(shù)小、測量精度低造成試驗結果誤差較大，且測量效率低。使用綜合斷口測量分析儀無論用手動還是自動都可在100－200的放大倍數(shù)下準確、快速的測量壓痕直徑，并可測出壓痕直徑的圓度，自動計算出硬度值，。如果用φ2.5mm直徑小硬質(zhì)合金鋼球測焊縫布氏硬度分布用綜合斷口測量分析儀測壓痕直徑，其*性更加明顯。

3.3試樣斷口測量分析

3.3.1沖擊試驗斷口形貌測量分析

　　在沖擊試驗特別是金屬材料冷脆轉變溫度試驗中，經(jīng)常需要將沖擊試樣斷口進行斷口形貌測量分析，主要是觀察并測量斷口的側膨賬值、剪切面積、解理面積。使用綜合斷口測量分析儀在一定的放大倍數(shù)下可直接測出側膨賬值。對于剪切、解理面積既可使用網(wǎng)格功能進行近似測量，如圖4所示；也可將解理面積在顯示屏上用點劃線劃出，然后用綜合斷口測量分析儀面積自動測量功能進行測量。如圖5所示。

3.3.2斷裂韌性試驗中裂紋長度測量

在斷裂韌性試驗中需對每個試樣斷口進行裂紋長度測試，特別是J積分和CTOD試驗，不但要測原始裂紋長度而且要測穩(wěn)定擴展裂紋長度，并且每個斷口上需等分測9點，以往用讀數(shù)顯微鏡測量非常繁瑣，如果試樣較大，一般讀數(shù)顯微鏡的測量范圍不夠無法直接測量。使用綜合斷口測量分析儀這一問題變的非常簡單，如圖6所示，將斷口在顯示屏上顯示清楚，輸入要等分數(shù)和W值，系統(tǒng)自動均分測量。

3.4對拉伸試樣進行標距刻劃及測量

     通常拉伸試驗的試樣標距是用標距儀進行刻劃或打點，斷后用卡尺測量。對于延伸率大于5％的試樣其精度*可以滿足國標要求，但對延伸率小于5％的脆性試樣，標距儀的原始誤差和斷后卡尺測量的誤差就可造成延伸率結果嚴重偏差，所以國標對小于5％的延伸率測試有特殊規(guī)定，即原始標距必需準確，斷后伸長需將斷口對接加一定的力固定后在讀數(shù)顯微鏡下測量。這一規(guī)定在一般條件下是無法實現(xiàn)的，因用一般方法是無法劃出精度大于0.01mm的原始標距。將綜合斷口測量分析儀稍加改進，在鏡頭旁的殼體上裝一刻劃器，將試樣固定在試樣臺上，移動X軸就可劃出任意間隔的標距，其精度可達0.001   mm。當試樣拉斷后，再將斷口對接加一定的力固定后放在綜合斷口測量分析儀上測其斷后伸長量，這樣就可按國標的要求準確測出小于5％的脆性材料的延伸率。

4.結論

   由于綜合斷口測量分析儀*的顯示測量功能，且操作方便，*可以作為大型測量設備的經(jīng)濟代用品，在力學性能試驗中得到廣范應用。