一种测试金属材料淬透性的方法与流程

本发明涉及金属材料工艺性能测试领域，特别是涉及一种测试金属材料淬透性的方法。

背景技术：

淬透性是指在规定条件下用试样淬透层深度和硬度分布来表征的材料特征，它主要取决于材料的临界淬火冷速的大小，在规定条件下，决定材料淬硬深度和硬度分布的特性，即材质淬火时得到淬硬层深度大小的能力，它表示材质接受淬火的能力。

顶端淬火试验是一种测定淬透性的简便方法，在许多国家已标准化。顶端淬火时冷却速度由淬火端沿试棒逐渐减小，组织和硬度随之相应地变化，由此得到的硬度变化曲线称为淬透性曲线。严格地说，这种曲线只对某一炉次的材质有效；对于某一定金属材质来说，由于化学成分的差异(成分波动及偏析)、预先热处理工艺的差异(显微组织上的差异)，其淬透性曲线可在相当大的范围内波动，形成一个淬透性带。现有的研究合金淬透性没有通用的试验规程与行业标准，一般都采用浸入式的不同程度来研究合金的淬透性，但是控制不精确，不能准确表征淬火深度与其性能之间的关系。现有技术中多采用金属材料一体式浸入加上硬度测试的方法来测试金属材料的淬透性，该方法缺点是，浸入式并不能控制精确，只能用硬度测试来表征粹透性，试验误差较大并不能满足对淬透性的研究需求，且处理获得样品加工程序繁复，不能快速精确测试后续性能表征。

因此，如何改变现有淬透性研究中的表征方法复杂和测得数据不精确、不稳定的现状，是本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种测试金属材料淬透性的方法，以解决上述现有技术存在的问题，使金属材料的淬透性能够用力学性能参数准确表征。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种测试金属材料淬透性的方法，包括下列步骤：

步骤一、将N块金属材料薄板叠加固定在一起，形成薄板组合，其中N≥4；

步骤二、在所述薄板组合的一个组合面上开设槽，所述槽的长边平行于所述薄板组合的轧制方向，所述槽的宽度为N-2块金属材料薄板的厚度之和，所述槽的深度小于所述薄板组合的高度，所述槽的中轴线与所述薄板组合的组合面的轴线重合；

步骤三、对步骤二中的所述薄板组合进行固溶处理，然后进行末端喷淋淬火处理直至所述薄板组合冷却；

步骤四、将所述薄板组合拆卸，将设有所述槽的N-2块金属材料薄板作为平行试样进行拉伸试样的加工；

步骤五、对步骤四得到的拉伸试样进行力学拉伸测试，对拉伸试验得到的数据进行处理得到金属材料的力学性能数据，用以表征金属材料的淬透性。

优选地，所述N块金属材料薄板叠加，叠加后打孔并用螺栓固定。

优选地，所述N块金属材料薄板叠加，叠加后在所述N块金属材料薄板的四角打孔并用螺栓固定。

优选地，所述槽的长度小于所述金属薄板的宽度。

优选地，对步骤三中得到的所述薄板组合进行人工时效处理。

优选地，所述金属薄板为铝锂合金薄板，所述金属薄板的厚度为2mm，所述N为8，所述槽的深度为5mm，长度为55mm，宽度为12mm。

优选地，用于进行末端喷淋淬火处理的水管喷头呈鸭嘴状，与所述槽的形状相一致。

优选地，所述薄板组合由铝锂合金薄板与钢板叠加固定组成，所述钢板为两块，两块所述钢板分别位于所述薄板组合的最上层和最下层。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：本发明的测试金属材料淬透性的方法，采用金属薄板组合和末端淬火的方式，淬火处理后的样品不需要进行材料切削加工分解，拆解方便并不会引入加工变形误差，高效快捷；可一次性同时处理多个不同成分的样品，并后续处理为多种时效状态样品，用于加工成拉伸测试样品，高效方便；淬火后处理样品采用力学拉伸测试来确定淬透性，有效地打通了薄板金属材料淬透性试验和精确力学性能表征之间的联系。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明薄板组合的主视图；

图2为本发明薄板组合的俯视图；

图3为本发明薄板组合的侧视图；

图4为本发明拉伸试样的结构示意图；

图5为本发明具体实施方式中三种牌号的铝锂合金对比于距离淬火端6mm的标样的各种距离的样品拉伸强度变化图；

图6为本发明具体实施方式中三种牌号的铝锂合金对比于距离淬火端6mm的标样的各种距离的样品拉伸强度降低率；

其中，1为薄板组合，2为槽，3为拉伸试样。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种测试金属材料淬透性的方法，以解决现有技术存在的问题，使金属材料的淬透性能够用力学性能参数准确表征。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

请参考说明书附图图1至图6，图1为本发明薄板组合的主视图，图2为本发明薄板组合的俯视图，图3为本发明薄板组合的侧视图，图4为本发明拉伸试样的结构示意图，图5为本发明具体实施方式中三种牌号的铝锂合金对比于距离淬火端6mm的标样的各种距离的样品拉伸强度变化图，图6为本发明具体实施方式中三种牌号的铝锂合金对比于距离淬火端6mm的标样的各种距离的样品拉伸强度降低率。

本发明提供一种测试金属材料淬透性的方法，包括下列步骤：

步骤一、将8块铝锂合金薄板叠加固定在一起，形成薄板组合1，铝锂合金薄板的厚度为2mm，铝锂合金的其他尺寸请参考图1；在本具体实施方式中，8块铝锂合金薄板叠加后，在四角打孔，然后用螺栓螺母连接固定，在本发明的其他实施方式中，金属薄板叠加后还可以用金属条带捆绑固定、用卡箍固定或采用其他形式固定。

具体地，本发明可一次性同时处理多个不同成分的样品，在本具体实施方式中，采用铝锂合金薄板进行处理，在本发明的其他实施方式中，可以用铝锂合金薄板和铝合金薄板或其他材料的金属薄板组合成薄板组合，进行淬火处理，并后续处理为多种时效状态样品，用于加工成拉伸测试样品，高效方便。

步骤二、在薄板组合1的底面上开设槽2，槽2的长边平行于薄板组合1的轧制方向，槽2的宽度为6块铝锂合金薄板的厚度之和，槽2的深度小于薄板组合的高度，槽2的中轴线与薄板组合的组合面的轴线重合，即除去最上层和最下层铝锂合金薄板，槽2只设置在中间6块铝锂合金薄板上，槽2的宽度为12mm。

步骤三、对步骤二中的薄板组合1进行固溶处理，然后进行末端喷淋淬火处理直至薄板组合1冷却。

步骤四、将薄板组合1拆分，将设有槽2的6块金属材料薄板作为平行试样进行拉伸试样3的加工，每块铝锂合金薄板可加工出5块拉伸试样3，拉伸试样3的具体形态详见图4。本发明将铝锂合金金属薄板组合在一起，淬火处理后的铝锂合金组合不需要进行材料切削加工分解，拆分方便，同时不会引入加工变形误差，高效快捷。

步骤五、对步骤四得到的拉伸试样3进行力学拉伸测试，对拉伸试验得到的数据进行处理得到铝锂合金材料的力学性能数据，用以表征铝锂合金材料的淬透性。

现有技术中对于金属材料的淬透性的测试，是采用整体的金属材料，多为圆柱体，进行处理后由于材料本身的限制，只能进行硬度测试。硬度的实质是材料抵抗另一较硬材料压入的能力，压痕深度、压痕面积是确定金属材料硬度的决定性指标，进行硬度测试时，对于材料表面、压头及试验台等有诸多限制条件，且试验结果精度较差，需要对试验结果进行修正时也大都靠操作者经验确定，硬度测试本身结果受人为因素影响较大。

本发明的铝锂合金薄板淬火后处理样品采用力学拉伸测试来确定淬透性，拉伸试验是指在承受轴向拉伸载荷下测定材料特性的试验方法，利用拉伸试验得到的数据可以确定材料的弹性极限、伸长率、弹性模量、比例极限、面积缩减量、拉伸强度、屈服点、屈服强度和其它拉伸性能指标，有效地打通了薄板金属材料淬透性试验和精确力学性能表征之间的联系。

在本具体实施方式中，8块铝锂合金材料薄板叠加，叠加后在其四角打孔并用螺栓螺母固定，在本发明的其他实施方式中，金属材料薄板组合后还可以用金属带、板捆绑等方式固定。

更具体地，槽2的长度为55mm，小于薄板组合1的宽度，详见图1。

进一步地，对步骤三中得到的薄板组合1进行人工时效处理，消除残余应力，使力学拉伸试验结果更精确。

步骤三中，用于进行末端喷淋淬火处理的水管喷头呈鸭嘴状，与槽2的形状相一致。

在本发明的其他实施方式中，薄板组合1可以由金属材料薄板与钢板叠加固定组成，钢板为两块，两块钢板分别位于薄板组合1的最上层和最下层。

本具体实施方式中，采用了2050铝锂合金、2195铝锂合金和1460铝锂合金分别测试淬透性，表1为2050铝锂合金在T8时效热处理后，6块薄板加工出的30个拉伸试样进行拉伸实验所得到的数据，表2为2195铝锂合金在T8时效热处理后，6块薄板加工出的30个拉伸试样进行拉伸实验所得到的数据，表3为1460铝锂合金在T8时效热处理后，6块薄板加工出的30个拉伸试样进行拉伸实验所得到的数据。

对于上述三种牌号的铝锂合金对比于距离淬火端6mm的标样的各种距离的样品拉伸强度变化及强度降低率，请参考图5和图6。

表1

表2

表3

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。