有补偿加热的GH4169/K417合金的接触热阻测试方法

摘要

本发明公开了一种有补偿加热的GH4169/K417合金的接触热阻测试方法，该方法首先确定两接触材料的约化弹性模量，然后根据金属材料塑性变形理论建模；并进行模型简化；最后通过逐步回归试验，确定未知参数，得到最优回归方程；根据回归分析结果，得到GH4169/K417合金的接触热导，对接触热导取倒数，得到接触热阻；在温度为100～600℃区间内，自变量选择温度与压力值时，hs＝160.4528T0.012P1.005，自变量仅选择压力值时，hs＝168.85P1.007。本发明只需要通过试验数据得到需要的参数，就可以在任意改变测试温度和压力的条件下，根据简单公式得到接触热导，使得接触热阻测试过程简单并可以重复使用。本发明提供的方法在保证工程实用性与测试结果准确性的前提下，大大简化了接触热导的测试过程。

主权项

1.有补偿加热的GH4169/K417合金的接触热阻测试方法，其特征在于：第一步，确定两接触材料的约化弹性模量：$E^{\prime }=2{[(1-v_1^2)/E_1+(1-v_2^2)/E_2]}^{-1}$其中E₁、E₂分别为GH4169和K417合金的弹性模量，v₁、v₂分别为GH4169和K417合金的泊松比；E₁=-0.0646T+208.27，E₂=-0.0651T+222.67；v₁=0.3，v₂=0.29；第二步，根据金属材料塑性变形理论建模；ψ＝(E′/H)tanθ其中，ψ为塑性变形因子，H为K417合金的硬度，tanθ为接触界面轮廓的绝对平均斜度，将材料硬度H=370Mpa和约化弹性模量带入上式，取θ₁＝θ₂＝0.03°，有：$\psi =\frac{E^{\prime }=2{[(1-v_1^2)/E_1+(1-v_2^2)/E_2]}^{-1}}{H}\times \sqrt{{\theta }_1^2+{\theta }_2^2}=22.4$因为ψ>1，所以根据塑性变形理论，有：h_s＝(1.13ktanθ/σ)(P/H)^0.94；所述的材料接触界面轮廓的平均倾斜角θ为0.03°，粗糙度σ介于0.1与3.0之间；第三步，模型简化；（1）根据Mikic的塑性变形理论，两接触热阻测试材料的热导系数的调和平均值k表达式为：k＝2k₁k₂/(k₁+k₂)其中k₁＝0.0141T+13.221，k₂＝0.0117T+9.3246，因为热导系数k正比于温度T，所以有其中x₁为待确定系数；（2）根据接触热阻测试材料的粗糙度为σ，表征材料接触界面轮廓的平均高度，tanθ为材料接触界面轮廓的绝对平均斜度，θ为材料接触界面轮廓的平均倾斜角，因此在其他条件一定时，轮廓的绝对平均斜度tanθ与粗糙度σ正相关，所以有其中x₂为待确定系数；（3）对于已确定的两接触热阻测试材料，选择较小的硬度H为计算硬度，H为确定量，所以有其中x₃为待确定参数；此时接触热导表示为：$h_s=x_0{T}^{x_1}{\sigma }^{x_2}{P}^{x_3}$将上式两边求自然对数得：lnh_s＝lnx₀+x₁lnT+x₂lnσ+x₃lnP令公式中的lnh_s=Y，lnT=X₁，lnσ=X₂，lnP=X₃，并令b₀=lnx₀，b₁=x₁，b₂=x₂，b₃=x₃，则初始模型建立如下：Y=b₀+b₁X₁+b₂X₂+b₃X₃；第四步，通过逐步回归试验，确定未知参数b₀、b₁、b₂和b₃，得到最优回归方程；根据回归分析结果，得到GH4169/K417合金的接触热导，对接触热导取倒数，得到接触热阻；在温度为100～600℃区间内，自变量选择温度与压力值时，h_s=160.4528T^0.012P^1.005，自变量仅选择压力值时，h_s=168.85P^1.007；所述补偿加热是指在接触热阻测试试验中采用温度补偿测试接触热阻，具体为：在每两个相邻试样上，距离接触界面最近的两个热电偶的温度为T_n和T_n+1，则每两个试样接触界面处的平均温度ΔT′为：${\mathrm{\Delta T}}^{\prime }=\frac{T_n+T_{n+1}}{2};$根据平均温度ΔT′对试样接触界面进行温度补偿；根据试样接触界面处的平均温度调节补偿加热装置的加热温度，使补偿加热器在接触界面处的径向平面内加热，保证接触界面处一直维持ΔT′。