專利名稱：熱模擬試樣冷卻淬火用卡具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料熱加工物理模擬技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種用于熱模擬試樣冷卻淬火的卡具，可用于包括高溫拉伸、壓縮、扭轉(zhuǎn)等多種熱變形模擬的冷卻過程。
背景技術(shù)：
對材料和熱加工工藝來說，物理模擬通常指利用小試件，借助于某試驗(yàn)裝置再現(xiàn)材料在制備或熱加工過程中的受熱，或同時(shí)受熱與受力的物理過程，充分而精確地暴露與揭示材料或構(gòu)件在熱加工過程中的組織與性能變化規(guī)律，評定或預(yù)測材料在制備或熱加工時(shí)出現(xiàn)的問題，為制定合理的加工工藝以及研制新材料提供理論指導(dǎo)和技術(shù)依據(jù)。目前，材料現(xiàn)代物理模擬技術(shù)作為一種融材料科學(xué)、傳熱學(xué)、力學(xué)、機(jī)械學(xué)、工程檢測技術(shù)、電子模擬技術(shù)以及計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的知識和技能為一體的獨(dú)特的、跨學(xué)科的專業(yè)技術(shù)，利用少量的試驗(yàn)即可代替過去一切都需要通過大量重復(fù)性的實(shí)驗(yàn)方法，節(jié)省大量人力、物力并用于研究目前尚無法采用直接實(shí)驗(yàn)進(jìn)行研究的復(fù)雜問題。目前，國內(nèi)外在材料熱模擬研究中主要是采用美國DSI公司出品的Gleeble系列熱/力模擬試驗(yàn)裝置和日本富士電波工機(jī)株式會(huì)社研制的Thermecmastor-Z型高溫模擬力學(xué)試驗(yàn)機(jī)，其他一些在用的試驗(yàn)機(jī)也都是參考以上兩類試驗(yàn)裝置原理開發(fā)的。Gleeble熱/ 力模擬試驗(yàn)裝置在拉伸類實(shí)驗(yàn)中可配備冷卻淬火卡具，采用氣冷或水冷方式實(shí)現(xiàn)試樣的控制冷卻。圖1 (a)_圖1 (b)為U型冷卻淬火卡具的結(jié)構(gòu)示意圖，U型冷卻淬火卡具包括運(yùn)動(dòng)夾頭1_1、U型結(jié)構(gòu)冷卻淬火卡具1-2、拉伸試樣1-3、固定夾頭1-4、連接管路1-5、冷卻介質(zhì)容器I 1-6，U型結(jié)構(gòu)冷卻淬火卡具1-2位于拉伸試樣1-3的中部，運(yùn)動(dòng)夾頭1-1和固定夾頭1-4分別位于拉伸試樣1-3的兩端，U型結(jié)構(gòu)冷卻淬火卡具1-2通過連接管路1-5與冷卻介質(zhì)容器I 1-6相通。該卡具為U型結(jié)構(gòu)，在U型雙臂上對稱分布有若干冷卻介質(zhì)通孔，且各位置通孔的軸線以不同角度分布，共同指向U型結(jié)構(gòu)的中心部位，即試樣加熱的中心部位。該卡具在使用的過程中遇到一些問題無法對壓縮類實(shí)驗(yàn)尤其是變形量較大的壓縮試樣以及扭轉(zhuǎn)試樣實(shí)施冷卻淬火；試樣的周向冷卻作用不均勻，存在冷卻“死區(qū)”，不能實(shí)現(xiàn)氣-水混合的均勻噴霧冷卻。

發(fā)明內(nèi)容
針對目前熱模擬試樣冷卻淬火過程中存在的以上問題，本發(fā)明提供一種熱模擬試樣冷卻淬火用卡具，適用于高溫拉伸、壓縮、扭轉(zhuǎn)等多種熱變形模擬試樣的冷卻過程，試樣周向冷卻均勻無“死區(qū)”，可實(shí)現(xiàn)氣-水混合均勻噴霧冷卻的卡具結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種熱模擬試樣冷卻淬火用卡具，該卡具設(shè)有環(huán)狀卡具本體，試樣橫向穿設(shè)于環(huán)狀卡具本體中，環(huán)狀卡具本體上設(shè)有冷卻介質(zhì)混合室和單向控制閥，單向控制閥分別與冷卻介質(zhì)混合室和冷卻介質(zhì)容器連接；環(huán)狀卡具本體上分布有與穿設(shè)于環(huán)狀卡具本體中的試樣相對應(yīng)的通孔，該通孔與冷卻介質(zhì)混合室相通。
所述的熱模擬試樣冷卻淬火用卡具，環(huán)狀卡具本體為三角形結(jié)構(gòu)冷卻淬火卡具或圓環(huán)形結(jié)構(gòu)冷卻淬火卡具。所述的熱模擬試樣冷卻淬火用卡具，三角形結(jié)構(gòu)冷卻淬火卡具設(shè)有三角形卡具本體、連接管路、冷卻介質(zhì)容器I，三角形卡具本體通過連接管路與冷卻介質(zhì)容器I連接。所述的熱模擬試樣冷卻淬火用卡具，三角形卡具本體上設(shè)有冷卻介質(zhì)混合室、單向控制閥I、單向控制閥II，單向控制閥I和單向控制閥II與冷卻介質(zhì)混合室連接，并通過連接管路分別與冷卻介質(zhì)容器I和冷卻介質(zhì)容器II連接，三角形卡具本體上分布有與伸入三角形卡具本體中的試樣相對應(yīng)的通孔。所述的熱模擬試樣冷卻淬火用卡具，圓環(huán)形結(jié)構(gòu)冷卻淬火卡具設(shè)有圓環(huán)形卡具本體、連接管路、冷卻介質(zhì)容器I和冷卻介質(zhì)容器II，圓環(huán)形卡具本體分別通過連接管路與冷卻介質(zhì)容器I和冷卻介質(zhì)容器II連接。所述的熱模擬試樣冷卻淬火用卡具，圓環(huán)形卡具本體上設(shè)有冷卻介質(zhì)混合室、單向控制閥I、單向控制閥II，單向控制閥I和單向控制閥II與冷卻介質(zhì)混合室連接，并通過連接管路分別與冷卻介質(zhì)容器I和冷卻介質(zhì)容器II連接，圓環(huán)形卡具本體上分布有與伸入圓環(huán)形卡具本體中的試樣相對應(yīng)的通孔。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明將卡具固定在熱模擬試驗(yàn)裝置的固定夾頭上，并與冷卻介質(zhì)容器連接。通過控制程序設(shè)定在熱模擬過程中對試樣進(jìn)行均勻地氣冷、水冷或氣-水混合噴霧冷卻，實(shí)現(xiàn)冷卻速度可控的冷卻淬火過程。


圖1(a)-圖1(b)是U型結(jié)構(gòu)冷卻淬火卡具及其工作狀態(tài)的示意圖；圖2是本發(fā)明三角形結(jié)構(gòu)冷卻淬火卡具的示意圖；圖3是本發(fā)明圓環(huán)形結(jié)構(gòu)冷卻淬火卡具的示意圖。圖中1-1運(yùn)動(dòng)夾頭；1-2U型結(jié)構(gòu)冷卻淬火卡具；1-3拉伸試樣；1_4固定夾頭；1_5連接管路；1-6冷卻介質(zhì)容器I。2-1三角形卡具本體；2-2冷卻介質(zhì)混合室；2-3單向控制閥I ;2_4單向控制閥II。3-1圓環(huán)形卡具本體；3-2冷卻介質(zhì)容器II，3-3壓縮試樣。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。本發(fā)明熱模擬試樣冷卻淬火用卡具中，設(shè)有環(huán)狀卡具本體，試樣橫向穿設(shè)于環(huán)狀卡具本體中，環(huán)狀卡具本體上設(shè)有冷卻介質(zhì)混合室和單向控制閥，單向控制閥分別與冷卻介質(zhì)混合室和冷卻介質(zhì)容器連接；環(huán)狀卡具本體上分布有與穿設(shè)于環(huán)狀卡具本體中的試樣相對應(yīng)的通孔，該通孔與冷卻介質(zhì)混合室相通。實(shí)施例1 如圖2所示，本發(fā)明三角形結(jié)構(gòu)冷卻淬火卡具由三角形卡具本體2-1、連接管路 1-5、冷卻介質(zhì)容器I 1-6組成，三角形卡具本體2-1通過連接管路1-5與冷卻介質(zhì)容器I1-6連接。其中，三角形卡具本體2-1上設(shè)有冷卻介質(zhì)混合室2-2、單向控制閥I 2-3、單向控制閥112-4，單向控制閥I 2-3和單向控制閥II2-4與冷卻介質(zhì)混合室2_2連接，三角形卡具本體2-1上分布有與穿設(shè)于三角形卡具本體2-1中的拉伸試樣1-3相對應(yīng)的通孔。本實(shí)施例中，GH4169合金高溫拉伸試樣需要以20°C /s的冷速從1000°C降低到 800°C，采用壓縮空氣以氣冷的方式來實(shí)現(xiàn)。在高溫拉伸實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，通過熱模擬試驗(yàn)機(jī)程序控制使冷卻介質(zhì)容器I中的壓縮空氣經(jīng)由連接管路1-5、單向控制閥I 2-3進(jìn)入冷卻介質(zhì)混合室2-2，然后通過三角形卡具本體2-1上分布的通孔流出，在高溫拉伸試樣的周向?qū)崿F(xiàn)均勻冷卻，避免冷卻“死區(qū)”的存在。實(shí)施例2 如圖3所示，本發(fā)明圓環(huán)形結(jié)構(gòu)冷卻淬火卡具由圓環(huán)形卡具本體3-1、連接管路 1-5、冷卻介質(zhì)容器I 1-6和冷卻介質(zhì)容器II3-2組成，圓環(huán)形卡具本體3-1分別通過連接管路1-5與冷卻介質(zhì)容器I 1-6和冷卻介質(zhì)容器II3-2連接。其中，圓環(huán)形卡具本體3-1 上設(shè)有冷卻介質(zhì)混合室2-2、單向控制閥I 2-3、單向控制閥112-4，單向控制閥I 2_3和單向控制閥II2-4與冷卻介質(zhì)混合室2-2連接，并通過連接管路1-5分別與冷卻介質(zhì)容器I 1-6和冷卻介質(zhì)容器II3-2連接，圓環(huán)形卡具本體3-1上分布有與穿設(shè)于圓環(huán)形卡具本體 3-1中的壓縮試樣3-3相對應(yīng)的通孔。本實(shí)施例中，TA12鈦合金高溫壓縮試樣3-3需要以150°C /s的冷速從1200°C降低到700°C，采用氣-水混合噴霧冷卻的方式來實(shí)現(xiàn)。在高溫壓縮實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，通過熱模擬試驗(yàn)機(jī)程序控制使冷卻介質(zhì)容器I 1-6中的壓縮空氣經(jīng)由連接管路1-5、單向控制閥I 2-3 進(jìn)入冷卻介質(zhì)混合室，同時(shí)使冷卻介質(zhì)容器II2-4中的水經(jīng)由連接管路1-5、單向控制閥 II2-4進(jìn)入冷卻介質(zhì)混合室?？諝馀c水在冷卻介質(zhì)混合室內(nèi)混合碎化，然后通過環(huán)形結(jié)構(gòu)冷卻淬火卡具本體上均布的通孔流出，在高溫壓縮試樣的周向?qū)崿F(xiàn)均勻冷卻，避免冷卻“死區(qū)”的存在。
權(quán)利要求
1.一種熱模擬試樣冷卻淬火用卡具，其特征在于該卡具設(shè)有環(huán)狀卡具本體，試樣橫向穿設(shè)于環(huán)狀卡具本體中，環(huán)狀卡具本體上設(shè)有冷卻介質(zhì)混合室和單向控制閥，單向控制閥分別與冷卻介質(zhì)混合室和冷卻介質(zhì)容器連接；環(huán)狀卡具本體上分布有與穿設(shè)于環(huán)狀卡具本體中的試樣相對應(yīng)的通孔，該通孔與冷卻介質(zhì)混合室相通。
2.按照權(quán)利要求1所述的熱模擬試樣冷卻淬火用卡具，其特征在于環(huán)狀卡具本體為三角形結(jié)構(gòu)冷卻淬火卡具或圓環(huán)形結(jié)構(gòu)冷卻淬火卡具。
3.按照權(quán)利要求2所述的熱模擬試樣冷卻淬火用卡具，其特征在于三角形結(jié)構(gòu)冷卻淬火卡具設(shè)有三角形卡具本體、連接管路、冷卻介質(zhì)容器I，三角形卡具本體通過連接管路與冷卻介質(zhì)容器I連接。
4.按照權(quán)利要求3所述的熱模擬試樣冷卻淬火用卡具，其特征在于三角形卡具本體上設(shè)有冷卻介質(zhì)混合室、單向控制閥I、單向控制閥II，單向控制閥I和單向控制閥II與冷卻介質(zhì)混合室連接，并通過連接管路分別與冷卻介質(zhì)容器I和冷卻介質(zhì)容器II連接，三角形卡具本體上分布有與伸入三角形卡具本體中的試樣相對應(yīng)的通孔。
5.按照權(quán)利要求2所述的熱模擬試樣冷卻淬火用卡具，其特征在于圓環(huán)形結(jié)構(gòu)冷卻淬火卡具設(shè)有圓環(huán)形卡具本體、連接管路、冷卻介質(zhì)容器I和冷卻介質(zhì)容器II，圓環(huán)形卡具本體分別通過連接管路與冷卻介質(zhì)容器I和冷卻介質(zhì)容器II連接。
6.按照權(quán)利要求5所述的熱模擬試樣冷卻淬火用卡具，其特征在于圓環(huán)形卡具本體上設(shè)有冷卻介質(zhì)混合室、單向控制閥I、單向控制閥II，單向控制閥I和單向控制閥II與冷卻介質(zhì)混合室連接，并通過連接管路分別與冷卻介質(zhì)容器I和冷卻介質(zhì)容器II連接，圓環(huán)形卡具本體上分布有與伸入圓環(huán)形卡具本體中的試樣相對應(yīng)的通孔。
全文摘要
本發(fā)明屬于材料熱加工物理模擬技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種用于熱模擬試樣冷卻淬火的卡具，可用于包括高溫拉伸、壓縮、扭轉(zhuǎn)等多種熱變形模擬的冷卻過程。該卡具設(shè)有環(huán)狀卡具本體，試樣橫向穿設(shè)于環(huán)狀卡具本體中，環(huán)狀卡具本體上設(shè)有冷卻介質(zhì)混合室和單向控制閥，單向控制閥分別與冷卻介質(zhì)混合室和冷卻介質(zhì)容器連接；環(huán)狀卡具本體上分布有與穿設(shè)于環(huán)狀卡具本體中的試樣相對應(yīng)的通孔，該通孔與冷卻介質(zhì)混合室相通。本發(fā)明適用于高溫拉伸、壓縮、扭轉(zhuǎn)等多種熱變形模擬試樣的冷卻過程，試樣周向冷卻均勻無“死區(qū)”，可實(shí)現(xiàn)氣-水混合均勻噴霧冷卻的卡具結(jié)構(gòu)。
文檔編號G01N3/04GK102564848SQ201010581119
公開日2012年7月11日 申請日期2010年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月9日
發(fā)明者張重遠(yuǎn), 王崢, 王瑞雪, 程明 申請人:中國科學(xué)院金屬研究所