碳鋼、鋁合金等金屬材料在航空航天、汽車領域常面臨 - 60℃~150℃溫變,易出現低溫脆化、高溫軟化、熱疲勞開裂。復層式高低溫試驗箱憑借多層獨立控溫艙體與快速溫變能力,可同步模擬多梯度溫度工況,高效評估材料可靠性,本文依據 GB/T 2423、ISO 16232 標準梳理核心流程。

一、測試原理與核心評估指標
溫度是金屬失效核心誘因:低溫削弱晶格振動致韌性下降、脆斷;高溫加速晶粒長大使強度硬度衰減;溫變循環產生熱應力引發疲勞裂紋。試驗箱通過多層艙體獨立調控 - 80℃~200℃溫度(溫變速率 5~15℃/min),核心評估指標包括:力學性能(GB/T 228.1 測不同溫度拉伸 / 屈服強度,GB/T 232 測低溫彎曲脆化溫度)、熱穩定性(高溫保溫后硬度保留率≥75%)、微觀結構(金相鏡觀察晶粒變化與裂紋)。
二、測試前期準備與樣品處理
測試前需校準試驗箱:各艙體溫度波動≤±0.5℃、溫變速率誤差<1℃/min、均勻性≤±2℃;配備校準后的高低溫拉力機、維氏硬度計、金相鏡、低溫沖擊試驗機。耗材含金屬樣品(拉伸試樣 Φ10mm×100mm、U 型缺口沖擊試樣)、無水乙醇、石英耐高溫夾具。樣品從同批次取 15 個分 3 組,用無水乙醇清潔后,在 23℃±2℃靜置 24h 消內應力,記錄初始硬度(HV)與常溫力學性能。

三、測試參數設置與運行監控
按應用場景設多艙參數:航空航天艙(-60±2℃,168h)、汽車發動機艙(150±2℃,240h)、工程機械艙(-40→120℃/10℃/min,300h 循環 15 次)。運行時樣品固定在艙內夾具(間距≥15cm 防熱干擾),實時監控溫度,每 24h 記錄;溫變速率偏差超 ±1℃/min 時,停機查加熱 / 制冷系統,排除故障后補測。
四、測試后檢測與問題優化
測試后樣品常溫靜置 2h(低溫樣品緩溫至 0℃以上防結露),隨后檢測:力學性能用高低溫拉力機測強度、算高溫硬度保留率;微觀用金相鏡觀晶粒,低溫沖擊機測脆化吸收功。對比多艙數據析溫度影響,出具含初始數據、失效模式的報告。常見問題:低溫數據波動需充分緩溫;高溫硬度偏差校準壓頭;溫變裂紋少可提溫變速率至 15℃/min。設備維護每周清潔艙體與傳感器,每月校準溫變速率,每季度查制冷系統制冷劑液位。
