一种可以进行连续变温多点测试的高温硬度计的制作方法

本发明涉及一种对金属材料进行高温硬度检测的硬度计，属于金属材料力学检测设备技术领域。

背景技术

硬度测试是评价材料力学性能指标的重要检测项目。一般的硬度测试，是在室温环境下进行的。当需要评价材料在不同温度环境下的硬度水平时，通常将材料加热至所需温度，保温一段时间，快速冷却，再在室温环境下进行硬度指标测试。这样的测试方法，并不能实现对材料高温硬度指标的在线测试，测试结果不能准确反映具体测试温度条件下的实际硬度水平。测定材料的高温硬度指标，是评价工具钢、耐磨钢、高温合金等材料的使用寿命，以及检测各种类型其它材料在变温环境中力学性能变化规律的最直接、最有效的表征手段。但是，目前使用的高温硬度计装置，只能在某个特定温度环境下，实现有限次数的硬度值测试，无法实现较大温度范围内的多点硬度值连续测试。在对于不同温度的硬度指标测试时，往往需要对不同试样进行反复加热、测试，整个测试过程既复杂又耗时。造成这一问题的关键原因在于，目前已知的高温硬度计均采用加热炉中心线与硬度计中心线完全吻合的对中机械结构，测试试样只能在加热炉炉膛内进行单向移动。由于炉膛尺寸所限，样品可移动距离有限，导致了同一个试样只能进行极为有限次硬度值测定。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种可以进行连续变温多点测试的高温硬度计，这种高温硬度计可以使试样在二维平面内进行旋转及移动，以达到显著提升同一试样的可测试硬度值数量的目的。

解决上述技术问题的技术方案是：

一种可以进行连续变温多点测试的高温硬度计，它包括硬度计本体、硬度计压头、加热炉、试样移动机构、加热炉旋转机构、加热炉升降平台、硬度计下部支撑结构、加热炉气氛保护装置和加热炉感应加热控制装置，硬度计压头与硬度计本体相连接，硬度计压头下端与加热炉相对，加热炉安装在加热炉旋转机构上，加热炉旋转机构固定在加热炉升降平台上，加热炉升降平台固定在硬度计下部支撑结构上，硬度计下部支撑结构的一侧与硬度计本体相连接，硬度计压头垂直插入到加热炉中，试样移动机构连接在加热炉的一侧，加热炉气氛保护装置和加热炉感应加热控制装置位于硬度计本体外侧，加热炉气氛保护装置通过管路与加热炉相连接，加热炉感应加热控制装置与加热炉相连接，加热炉和加热炉旋转机构为同轴的圆柱体，加热炉和加热炉旋转机构的中心轴线与硬度计压头的轴线有偏心距。

上述可以进行连续变温多点测试的高温硬度计，加热炉为圆柱体形状，加热炉由炉盖和炉体组成，炉盖包括炉盖外壳、炉盖保温材料、压头插入塞，炉体包括炉体外壳、炉体保温材料，炉盖保温材料嵌装在炉盖外壳中，炉盖的中心有压头插入塞，压头插入塞上有偏心的压头插入孔，压头插入孔的中心轴线与硬度计压头的轴线同轴相对，硬度计压头穿过压头插入塞上的压头插入孔进入加热炉炉体的炉膛内。

上述可以进行连续变温多点测试的高温硬度计，所述试样移动机构包括试样推杆、支架、轴承座、轴承、推杆旋钮，支架下端与炉体外侧垂直焊接连接，支架上部有轴承座，轴承安装在轴承座中，推杆旋钮为套筒结构，推杆旋钮的外周与轴承的内圈为过盈配合连接，推杆旋钮的内孔有螺纹，试样推杆插在推杆旋钮中，试样推杆的后部与推杆旋钮为螺纹连接，加热炉炉体侧壁上有试样推杆插入孔，试样推杆通过试样推杆插入孔插入到加热炉炉膛中，试样推杆的前端与加热炉炉膛中的试样相接触，试样推杆后部的杆体上有尺寸刻度。

上述可以进行连续变温多点测试的高温硬度计，所述加热炉旋转机构由回转支承座、回转支承转盘、转动轴承圈组成，回转支承座为扁圆柱体，回转支承座与加热炉升降平台的上端固定连接，回转支承转盘为圆环，回转支承转盘的圆环内孔直径与回转支承座的外周直径相匹配，回转支承转盘圆环套在回转支承座外周，转动轴承圈安装在回转支承转盘圆环与回转支承座外周之间，回转支承转盘的顶面与加热炉的下底面由螺栓固定连接。

本发明的有益效果是：

本发明的加热炉旋转机构可以带动加热炉围绕硬度计压头进行偏心转动，连接在加热炉上的试样移动机构可以推动试样前后移动，加热炉偏心旋转和试样前后移动的合成可以使加热炉内试样表面与硬度计压头形成任意多个硬度测试点，进行多点硬度测试；加热炉升降平台可以调整加热炉的高度，适应不同厚度试样的硬度测试；加热炉气氛保护装置和加热炉感应加热控制装置可以相应地改变温度氛围、气氛保护氛围等外部条件。

本发明是金属硬度测试设备的首创，具有结构简单、操作方便、工作高效等特点，实现了炉式高温硬度计在不开炉调整试样的前提下进行整面随意选点进行连续、变温的硬度测试目标，并且极大的提高了同一试样所能进行的硬度值测定数量，同时还有气氛保护、自动炉温调节控制等功能，并且可以添加真空气氛、电气自动控制等附加结构，在金属硬度检测设备技术领域中有良好的推广使用价值。

附图说明

图1是发明的结构示意图；

图2是图1的侧视图；

图3是加热炉和加热炉旋转机构的结构示意图；

图4是试样测试点连续变化的俯视图；

图5是图4的试样测试点示意图；

图6是图4的试样可能的测试点区域示意图。

图中标记如下：硬度计本体1、硬度计压头2、加热炉3、试样移动机构4、加热炉旋转机构5、加热炉升降平台6、硬度计下部支撑结构7、加热炉气氛保护装置8、加热炉感应加热控制装置9、炉盖外壳10、压头插入塞11、压头插入孔12、炉体外壳13、试样推杆插入孔14、试样15、试样推杆16、支架17、轴承座18、轴承19、推杆旋钮20、回转支承座21、回转支承转盘22、转动轴承圈23、炉盖耐磨保温材料24、炉盖纳米耐材25、炉体纳米耐26、内部绝缘耐材27、炉体外部低温耐材28、炉体内部高温耐材29、炉体上部耐材30、炉盖下部耐材31、结合处耐磨保温材料32。

具体实施方式

本发明由硬度计本体1、硬度计压头2、加热炉3、试样移动机构4、加热炉旋转机构5、加热炉升降平台6、硬度计下部支撑结构7、加热炉气氛保护装置8、加热炉感应加热控制装置9组成。

图1、2显示，硬度计压头2与硬度计本体1相连接，硬度计压头2下端与加热炉3相对，硬度计压头2垂直插入加热炉3中，对放置在加热炉3中的试样15进行硬度测试。

图1、2、3显示，加热炉3安装在加热炉旋转机构5上，加热炉旋转机构5固定在加热炉升降平台6上，加热炉升降平台6固定在硬度计下部支撑结构7上，硬度计下部支撑结构7的一侧与硬度计本体1相连接。加热炉3和加热炉旋转机构5为同轴的圆柱体，加热炉3和加热炉旋转机构5的中心轴线与硬度计压头2的轴线有偏心距。加热炉旋转机构5带动加热炉3同轴转动时，放置在加热炉3中的试样15随着加热炉3转动，其转动轨迹为环绕硬度计压头2圆弧，圆弧与硬度计压头2的距离等于偏心距。

图1、2、3显示，试样移动机构4连接在加热炉3的一侧，对加热炉3中的试样15进行前后移动。加热炉气氛保护装置8和加热炉感应加热控制装置9位于硬度计本体1外侧。加热炉气氛保护装置8通过管路与加热炉3相连接，对加热炉3进行气氛保护，并且可以添加真空气氛。加热炉感应加热控制装置9与加热炉3相连接，具有自动炉温调节控制等功能。

图2、3显示，加热炉3为圆柱体形状，加热炉3由炉盖和炉体组成。炉盖包括炉盖外壳10、炉盖保温材料、压头插入塞11，炉体包括炉体外壳13、炉体保温材料，炉盖保温材料嵌装在炉盖外壳13中。压头插入塞11位于炉盖的中心，压头插入塞11上有偏心的压头插入孔12，压头插入孔12的中心轴线与硬度计压头2的轴线同轴相对，硬度计压头2穿过压头插入塞11上的压头插入孔12进入加热炉3炉体的炉膛内。

图3显示，炉盖和炉体的保温材料分别有炉盖耐磨保温材料24、炉盖纳米耐材25、炉体纳米耐26、内部绝缘耐材27、炉体外部低温耐材28、炉体内部高温耐材29、炉体上部耐材30、炉盖下部耐材31、结合处耐磨保温材料32。它们对炉盖和炉体起到保温作用。

图2、3显示，试样移动机构4包括试样推杆16、支架17、轴承座18、轴承19、推杆旋钮20。支架17下端与炉体外侧垂直焊接连接，支架17上部有轴承座18，轴承19安装在轴承座18中。推杆旋钮20为套筒结构，推杆旋钮20的外周与轴承19的内圈为过盈配合连接，推杆旋钮20的内孔有螺纹，试样推杆16插在推杆旋钮20中，试样推杆16的后部与推杆旋钮20为螺纹连接。加热炉炉体侧壁上有试样推杆插入孔14，试样推杆16通过试样推杆插入孔14插入到加热炉炉膛中，试样推杆16的前端与加热炉炉膛中的试样15相接触，试样推杆16后部的杆体上有尺寸刻度。转动推杆旋钮20，试样推杆16就会沿着推杆旋钮20的螺孔前、后移动。试样推杆16的前端可以推动试样15移动，移动的距离可以从试样推杆16杆体上的尺寸刻度看出。

试样推杆插入孔14、试样15、试样推杆16、支架17、轴承19、推杆旋钮20、回转支承座21、回转支承转盘22、转动轴承圈23、

图3显示，加热炉旋转机构5由回转支承座21、回转支承转盘22、转动轴承圈23组成。回转支承座21为扁圆柱体，回转支承座21与加热炉升降平台6的上端固定连接。回转支承转盘22为圆环，回转支承转盘22的圆环内孔直径与回转支承座21的外周直径相匹配，回转支承转盘22圆环套在回转支承座21外周，转动轴承圈23安装在回转支承转盘22圆环与回转支承座21外周之间，回转支承转盘22的顶面与加热炉3的下底面由螺栓固定连接。

图3显示，加热炉升降平台6为硬度计通用的螺母丝杠升降机构，可以对加热炉旋转机构5进行升降。

图4显示，在实际操作中，硬度计压头2的测试点位置是不变的，操作人员将试样15及试样推杆16放置好，调整加热炉感应加热控制结构9、加热炉气氛保护设备8，使加热炉炉体3的炉腔内达到试验内容所需的炉温及试验气氛，并保持至试样15达到试验条件。调整加热炉升降平台6，直接进行第一个试验点的硬度计打点试验；然后，根据第二个试验点的试验要求，通过转动加热炉旋转机构5和调整试样移动机构4，使试样15在转动和平移的合成作用下到达测试位置，试样15的的第二个测试点与硬度计压头2相对，调整加热炉感应加热控制结构9、加热炉气氛保护设备8，使加热炉炉体3的炉腔内达到第二个测试点所需的炉温及试验气氛，进行第二个试验点的硬度计打点试验；依次往下，图4中共进行了四个不同试验点的硬度打点试验。按照上述操作，本发明实现了试样15在水平面的旋转移动，大幅度提高硬度点的测量数量。

图5显示，图4的四个硬度计打点试验在试样15上的分布位置，a、b、c、d分别为测试点。

图6显示，如果，设定加热炉旋转机构5的角度旋转范围为180°，则整个试样15上可以打点的面区域范围如图6所示，e为打点区域，l为移动行程，r为偏心距d。

实施例1

本实施例采用偏心炉式布置的变温硬度计，同时采用了加热炉感应加热控制结构、加热炉气氛保护设备对试样的试验气氛和温度进行调整。经常进行的试样打点间距要求为2mm，所以本例加热炉和硬度计中心线的偏心距d1采用了10mm，试样的有效移动行程l为15mm。经过设备验证，本例中的用一块试样可以进行105次硬度值测定试验。如果按照每个试验条件进行10次试验取平均值的实验要求来算，可以在不开炉的情况下调整变化10次试样的试验条件，如变换10次试样温度。

实施例2

本实施例采用偏心炉式布置的变温硬度计，采用了加热炉感应加热控制结构对试样的实验温度进行调整，并且采用了加热炉真空设备对试样进行防氧化保护。经常进行的试样打点间距要求为3mm，本实施例中的加热炉和硬度计中心线的偏心距d1采用了18mm，试样的有效移动行程l为30mm。经过设备试验验证，本实施中的用同一块试样可以进行180次硬度值测定试验。如果按照每个试验条件进行10次试验取平均值的实验要求来算，可以在不开炉的情况下调整变化18次试样温度，进行变温硬度试验。