专利名称：一种测定断口真实表面积的方法
技术领域：
本发明涉及一种测定断ロ真实表面积的方法，特别是一种用于断ロ定量分析測量断ロ真实表面积的方法，属于冶金机械领域。
ニ背景技术：
人们长期以来对断ロ的定量分析技术做了大量的研究工作，断ロ理论和实验技术都有很大进展，但是对于金属断ロ的定量分析无论是从理论上还是从实验技术上的研究进展都相对缓慢。断ロ的定量分析可为确定零件的安全寿命与检修周期提供科学依据，断ロ定性诊断是定量分析的前提，而定量则是断ロ定性分析的深入和发展。断ロ的定量分析技术，包括断ロ表面的成分、结构和形貌特征等定量參数的描述和表征、断裂类型的比例、断 ロ真实面积等。
发明内容
本发明的目的是将机械测量中的表面粗糙度概念用于金属断ロ表面的描述，提出一种用于断ロ定量分析測量断ロ真实表面积的方法，以解决目前对金属断ロ进行定量分析难的问题。本发明的方法是将金属断ロ剖面轮廓粗糙度变换为金属断ロ表面粗糙度，再由金属断ロ剖面轮廓线粗糙度与金属断ロ表面粗糙度之间的关系式得出金属断ロ表面粗糙度，最后由金属断ロ表面粗糙度的定义式计算得出金属断ロ的真实表面积。机械测量中的表面粗糙度是衡量加工后零件的实际表面微观不平度的參数。其表征參数有轮廓的算木平均偏差Ra;不平度平均高度Rz ;轮廓曲线起伏的平均间隔Sm等。对于金属断ロ，粗糙度參数是最简单也是最重要的几何參数之一。金属断ロ剖面轮廓线的粗糙度參数R。，将R。定义为沿某一方向的断ロ剖面的轮廓线的真实长度L与其在特定參考方
向上投影长度L'的比值，即无量纲比值Rc=|。对断ロ剖面轮廓线真实长度L的測量，可采用图像仪软件完成。參考方向一般选取断ロ面上相垂直的两个方向，即与有效断ロ面一致，R。的值总是大于I。大R。值则说明对应大的断ロ剖面轮廓线粗糙度，反之小R。值则对应小的断ロ剖面轮廓线粗糙度(如图I所示)O根据断ロ剖面轮廓线粗糙度參数R。，则可将断ロ表面粗糙度Rf定义为在某ー确
定的參考平面，其断ロ表面的真实表面积S被其投影面积A'相除，即Rf=+。断ロ表面粗
糙度Rf也是ー个大于I的无量纲比值，Rf值越大，断ロ表面粗糙度越大，Rf代表断ロ真实表面単元的偏移量，图2为断ロ表面粗糙度Rf和断ロ剖面粗糙度R。的关系。Rc与Rf并不相等,人们做了大量努力寻■找R。与Rf之间的关系，其中由Underwood推导出的关系式被认为与实际情况吻合得最好
Rf=— (Rc-I) +1由此关系式可以根据断ロ剖面的粗糙度R。来求出断ロ表面粗糙度Rf，再由Rf的定义式就可求出断ロ的真实表面积S。具体地，获得断ロ的真实表面积S的方法是首先切割出对偶断ロ 5 20mm厚度的两个断ロ面并保证长度等于宽度，其中长度为X，宽度为1，厚度为h，或采用线切割将断ロ沿垂直断ロ表面的方向十字切割开；分别沿X和y方向磨制两个断ロ剖面，或使用黏胶将断ロ沿X和y方向分别镶嵌成断ロ剖面；将断ロ剖面用砂纸从粗到细依次打磨，磨光时断ロ应迎着推磨的方向，抛光后将断ロ剖面在显微镜下放大适合图像仪软 件进行数字化測量的倍数，由图像仪软件对断ロ剖面轮廓线投影的长度进行数字化測量计算；在相互垂直两个方向X和y方向的断ロ剖面分别进行测量以消除由断ロ表面粗糙度的各向异性带来的误差，并在每ー个方向的断ロ剖面进行完一次測量后，将断ロ剖面磨去O. 2 Imm厚度再进行測量，重复上述测量过程三次以上，将各次测量的结果取其平均值，再将X和I方向的断ロ剖面轮廓线投影的长度取平均值L，轮廓线投影长L'为
已知，则可根据等式Rc=I计算出平均Re，将Re代入等式Rf=1 (Rc-I) +1求出Rf，再根据等式Rf=^求出断ロ的真实表面积S,其中A'为已知量。本发明的优点是本发明的方法简单、可操作性强，能够准确測定出金属断ロ的真实表面积，为确定零件的安全寿命与检修周期提供科学依据。
四
图IR。值与断ロ剖面粗糙度关系图；图2断ロ的剖面粗糙度及表面粗糙度图；图3断ロ剖面轮廓线图。
五具体实施例方式实施例I :取5X 5X 55mm冲击断ロ，切割出对偶断ロ的两个断ロ剖面，分别沿x和y方向磨制两个断ロ剖面。将断ロ剖面用砂纸从粗到细依次打磨，磨光时断ロ应迎着推磨的方向，抛光后将断ロ剖面在显微镜下放大200倍(如图3所示)，由图像仪软件对断ロ剖面轮廓线投影的长度进行数字化測量计算。在相互垂直两个方向X和y方向的断ロ剖面分别进行測量以消除由断ロ表面粗糙度的各向异性带来的误差，并在每ー个方向的断ロ剖面进行完一次測量后，将断ロ剖面磨去O. 2 Imm再进行测量，共进行四次測量，将各次测量的结果取其平均值。表I为断ロ剖面測量结果，最后再将X和I方向的剖面轮廓线投影的长度取平均值
L，轮廓线投影长L'为己知，则可根据等式Rc=I计算出平均Rc,将Rc代入等式Rf=I (Rc-I) +1求出Rf，再根据等式Rf=〗就可求出断ロ的真实表面积S，
其中V为已知量。
表I断ロ剖面测量结果
__沿X方向的断ロ剖面_
f层次姍轮廓线长轮廓线投影长L'断ロ剖面粗糙度 数 LRe
17554. 875 μ m 5000. 000 μ m
27236. 245 u m 5000. 000 μ m
37068. 356 μ m 5000. OOOum
47065. 754 μ m 5000. OOOum 平均值 _7231. 308 μπι_5000. OOOum _1.446 —__沿y方向的断ロ剖面_
磨层次剖面轮廓线长断ロ剖面粗糙度 ^轮廓线投影长L' π
数 LRe
17482. 642 μ m5000. OOOum
27445. 854 μ m5000. 000 μ m
37327. 952 μ m5000. 000 μ m
47241. 562 μ m5000. 000 μ m
平均值—7374.503 μιη — _ __1.475
_ X与y方向的剖面的平均值L: 7302. 906 Re 1.461该断ロ真实表面积计算，已知轮廓线投影长L' = 5000. 000 μ m断ロ表面的投影面积 A' = 5000. OOO2 μ τα
rc=A=7302. 906/5000. 000 = 1.461Rf=- (Rc-I) +1= - (1.461-1)+1=1.587
Rf=-得出 S= Rf。A' ニI. 587X5000. OOO2 ニ 39675000 Um2 =39. 675_2如果断ロ面假设为粗糙度无限小，则断ロ表面积应为S = = 5000. OOO2 =25000000 μ m2 = 25. OOOmm20
权利要求
1.一种测定断ロ真实表面积的方法，其特征是将金属断ロ剖面轮廓粗糙度变换为金属断ロ表面粗糙度，再由金属断ロ剖面轮廓线粗糙度与金属断ロ表面粗糙度之间的关系式得出金属断ロ表面粗糙度，最后由金属断ロ表面粗糙度的定义式计算得出金属断ロ的真实表面积；具体地，首先切割出对偶断ロ 5 20mm厚度的两个断ロ面并保证长度等于宽度，其中长度为X，宽度为1，厚度为h，或采用线切割将断ロ沿垂直断ロ表面的方向十字切割开；分别沿X和I方向磨制两个断ロ剖面，或使用黏胶将断ロ沿X和I方向分别镶嵌成断ロ剖面；将断ロ剖面用砂纸从粗到细依次打磨，磨光时断ロ应迎着推磨的方向，抛光后将断ロ剖面在显微镜下放大适合图像仪软件进行数字化测量的倍数，由图像仪软件对断ロ剖面轮廓线投影的长度进行数字化測量计算；在相互垂直两个方向X和I方向的断ロ剖面分别进行测量以消除由断ロ表面粗糙度的各向异性带来的误差，并在每ー个方向的断ロ剖面进行完一次測量后，将断ロ剖面磨去O. 2 Imm厚度再进行测量，重复上述测量过程三次以上，将各次测量的结果取其平均值，再将X和I方向的断ロ剖面轮廓线投影的长度取平均值L，轮廓线投影长L'为已知，则可根据等式Rc=ん计算出平均艮，将Rc代入等式R尸I (Rc-I) +1求出Rf，再根据等式Rf=ヰ求出断ロ的真实表面积S，其中A'为己知量。
全文摘要
本发明涉及一种测定断口真实表面积的方法，其特征是将金属断口剖面轮廓粗糙度变换为金属断口表面粗糙度，再由金属断口剖面轮廓线粗糙度与金属断口表面粗糙度之间的关系式得出金属断口表面粗糙度，最后由金属断口表面粗糙度的定义式计算得出金属断口的真实表面积。其优点是本发明的方法简单、可操作性强，能够准确测定出金属断口的真实表面积，为确定零件的安全寿命与检修周期提供科学依据。
文档编号G01B11/28GK102692196SQ201210185450
公开日2012年9月26日 申请日期2012年6月1日 优先权日2012年6月1日
发明者冯岩青, 周彦, 李德耀, 白月琴, 高明星 申请人:内蒙古包钢钢联股份有限公司