球壓試驗(yàn)

伍仁庫(kù)

摘 要：介紹球壓試驗(yàn)的設(shè)備、樣品制作、試驗(yàn)過程及壓痕測(cè)量方法。

關(guān)健詞：球壓試驗(yàn)；壓痕；測(cè)量

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.24.241

球壓試驗(yàn)作為驗(yàn)證證材料性能的項(xiàng)目，影響試驗(yàn)結(jié)果的因素又多，球壓試驗(yàn)常被作為試驗(yàn)室間的比對(duì)試驗(yàn)項(xiàng)目。本文從球壓試驗(yàn)所需的設(shè)備、樣品制作、試驗(yàn)條件及測(cè)量方法等方面介紹球壓試驗(yàn)的過程。

1 設(shè)備

進(jìn)行球壓試驗(yàn)需要的設(shè)備有：?jiǎn)问液嫦洹⑶驂貉b置、樣品支座、熱電偶、光學(xué)測(cè)量裝置。所有設(shè)備都應(yīng)確保在校準(zhǔn)有效期內(nèi)使用。

球壓試驗(yàn)不認(rèn)為是一種老化試驗(yàn)，因此可以使用帶或不帶強(qiáng)制對(duì)流的單室烘箱。為確保加熱箱的指示溫度與箱內(nèi)實(shí)際溫度一致，需另外使用熱電偶測(cè)量樣品附近的溫度或試驗(yàn)樣品支座的溫度。

如圖1所示，是一個(gè)半徑為2.5mm的壓力球，最終可施加20N±0.2N的作用力到樣品上（包括壓力球的質(zhì)量）的球壓裝置。

試驗(yàn)支座具有平滑的表面和足夠的強(qiáng)度、能將試品剛性支撐在水平位置、有足夠的重量防止在烘箱內(nèi)放置和取出樣品時(shí)出現(xiàn)試驗(yàn)支座溫度明顯下降的情況。通常高度為100mm和直徑為50mm的實(shí)心鋼柱體是合適的。

2 樣品

樣品的表面是否光滑平整會(huì)影響壓痕的形狀。假設(shè)垂直作用到樣品上的力為F，當(dāng)樣品與支座平面成β角，則作用在樣品表面上的力變?yōu)镕Cosβ，小于垂直時(shí)的作用力F，因而造成了垂直作用在樣品表面上的力減小，還沿著樣品表面產(chǎn)生一個(gè)分力，使壓痕的形狀向分力方向傾斜導(dǎo)致壓痕不規(guī)則，降低了試驗(yàn)的準(zhǔn)確度。

從產(chǎn)品上切割試驗(yàn)樣品應(yīng)上下部表面大致平行且厚度≥2.5mm，如果厚度不夠可以疊加。試驗(yàn)樣品邊長(zhǎng)最小為10mm的方形平面或直徑至小為10mm的圓形平面。如果從產(chǎn)品上直接切割有困難，則可用一片同樣的材料作為試驗(yàn)樣品，材料片的厚度為3.0mm±0.5mm，應(yīng)確保用于生產(chǎn)這塊樣品的材料和加工方法與產(chǎn)品相同。具體到小型斷路器來說，直接從產(chǎn)品上制作切割難于滿足球壓試驗(yàn)的要求，因此用同樣材料制作的樣品是可行的。

3 試驗(yàn)條件與過程

試驗(yàn)開始前，樣品應(yīng)在溫度15℃～35℃之間，相對(duì)濕度45%～75%之間至少放置24h，進(jìn)行預(yù)處理。GB/T 10963.1-2005中規(guī)定有兩種情況需要進(jìn)行球壓試驗(yàn)：（1）把載流部件和保護(hù)電路部件保持在其位置上所必需的由絕緣材料制成的外部部件需在（125±2）℃下進(jìn)行；（2）把外殼內(nèi)的保護(hù)導(dǎo)線的接線端子保持在位置上所必須的絕緣材料部件需在（70±2）℃下進(jìn)行。目前國(guó)內(nèi)常見的小型斷路器DZ47-63來說只有第一種情況適用。

試驗(yàn)溫度直接影響試驗(yàn)結(jié)果，為了減少支座對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響，試先將球壓裝置和樣品支座一并放入烘箱，設(shè)定溫度為125℃，在該溫度下保持24h或達(dá)到熱平衡為止。試驗(yàn)溫度由單室烘箱來控制，需滿足±2℃的精度要求，由于試驗(yàn)支座的影響，不能確保樣品與支座接觸面的溫度跟單室烘箱的指示溫度一致。因此在試驗(yàn)樣品支座的中心安裝一個(gè)熱電偶，在試驗(yàn)過程中用熱電偶實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)樣品附近的溫度不顯著偏離試驗(yàn)溫度。

箱內(nèi)溫度達(dá)到125℃且熱平衡后可開箱放入樣品，此時(shí)箱內(nèi)溫度會(huì)急劇下降，為減少開箱造成的溫度波動(dòng)幅度應(yīng)盡可能縮短開箱時(shí)間。在烘箱加熱前，可準(zhǔn)備兩塊樣品，其中一塊樣品作為模擬，預(yù)先將球壓裝置放在樣品及支架上，根據(jù)其擺動(dòng)的情況對(duì)其位置作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，當(dāng)放入正式樣品時(shí)微調(diào)即可，以減少開箱的時(shí)間。

4 測(cè)量

壓痕測(cè)量是最重要也是最難的一步。GB/T 5169.21-2006中規(guī)定經(jīng)過60min～62min后，從樣品上移開球壓試驗(yàn)裝置，在10s內(nèi)將試品浸入溫度為20℃±5℃的水中保持6min±2min，然后從水中取出樣品并去除所有水份。

理論上壓痕直徑為兩切點(diǎn)的間距，切點(diǎn)是球壓裝置末端的球面于壓痕凹面的幾何相切。測(cè)量時(shí)應(yīng)扣除材料變形部分的尺寸，常見的壓痕形式有圓形和非圓形兩種，如圖2所示。

要確定壓痕的邊界需依賴于測(cè)量手段。需選用具有合適亮度的讀數(shù)顯微鏡，讀數(shù)顯微鏡應(yīng)具有10倍以上的放大倍數(shù)且應(yīng)有目鏡劃分尺、十字交叉和分劃雙刻線，需有照明裝置來保證壓痕表面的光線。GB/ T5169.21-2006規(guī)定需在從水中移出的3 min內(nèi)測(cè)量壓痕直徑，可在樣品將取出前將顯微鏡調(diào)整好，以便在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成壓痕的測(cè)量。在實(shí)際操作，不可能有如圖2 所示這種理想的壓痕和邊界，可以采用有色印油涂在壓痕上加深壓痕邊界。

近年來，計(jì)算機(jī)圖像獲取和處理技術(shù)、激光技術(shù)的出現(xiàn)，為球壓試驗(yàn)壓痕的測(cè)量提供了更有效和方便的測(cè)量手段。

5 結(jié)束語

要確保球壓試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性并不容易，需多考慮試驗(yàn)過程中的各種因素，尤其是壓痕邊界的確定，對(duì)于異形的壓痕測(cè)量點(diǎn)要多想方法和吸收經(jīng)驗(yàn)，才能準(zhǔn)確地完成該項(xiàng)試驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

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