CN102564848A - 热模拟试样冷却淬火用卡具 - Google Patents

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程明
张重远
王峥
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Abstract

本发明属于材料热加工物理模拟技术领域，具体是一种用于热模拟试样冷却淬火的卡具，可用于包括高温拉伸、压缩、扭转等多种热变形模拟的冷却过程。该卡具设有环状卡具本体，试样横向穿设于环状卡具本体中，环状卡具本体上设有冷却介质混合室和单向控制阀，单向控制阀分别与冷却介质混合室和冷却介质容器连接；环状卡具本体上分布有与穿设于环状卡具本体中的试样相对应的通孔，该通孔与冷却介质混合室相通。本发明适用于高温拉伸、压缩、扭转等多种热变形模拟试样的冷却过程，试样周向冷却均匀无“死区”，可实现气-水混合均匀喷雾冷却的卡具结构。

Description

热模拟试样冷却淬火用卡具
技术领域：
本发明属于材料热加工物理模拟技术领域，具体是一种用于热模拟试样冷却淬火的卡具，可用于包括高温拉伸、压缩、扭转等多种热变形模拟的冷却过程。
背景技术：
对材料和热加工工艺来说，物理模拟通常指利用小试件，借助于某试验装置再现材料在制备或热加工过程中的受热，或同时受热与受力的物理过程，充分而精确地暴露与揭示材料或构件在热加工过程中的组织与性能变化规律，评定或预测材料在制备或热加工时出现的问题，为制定合理的加工工艺以及研制新材料提供理论指导和技术依据。目前，材料现代物理模拟技术作为一种融材料科学、传热学、力学、机械学、工程检测技术、电子模拟技术以及计算机领域的知识和技能为一体的独特的、跨学科的专业技术，利用少量的试验即可代替过去一切都需要通过大量重复性的实验方法，节省大量人力、物力并用于研究目前尚无法采用直接实验进行研究的复杂问题。
目前，国内外在材料热模拟研究中主要是采用美国DSI公司出品的Gleeble系列热/力模拟试验装置和日本富士电波工机株式会社研制的Thermecmastor-Z型高温模拟力学试验机，其他一些在用的试验机也都是参考以上两类试验装置原理开发的。Gleeble热/力模拟试验装置在拉伸类实验中可配备冷却淬火卡具，采用气冷或水冷方式实现试样的控制冷却。图1(a)-图1(b)为U型冷却淬火卡具的结构示意图，U型冷却淬火卡具包括：运动夹头1-1、U型结构冷却淬火卡具1-2、拉伸试样1-3、固定夹头1-4、连接管路1-5、冷却介质容器I 1-6，U型结构冷却淬火卡具1-2位于拉伸试样1-3的中部，运动夹头1-1和固定夹头1-4分别位于拉伸试样1-3的两端，U型结构冷却淬火卡具1-2通过连接管路1-5与冷却介质容器I 1-6相通。该卡具为U型结构，在U型双臂上对称分布有若干冷却介质通孔，且各位置通孔的轴线以不同角度分布，共同指向U型结构的中心部位，即试样加热的中心部位。该卡具在使用的过程中遇到一些问题：无法对压缩类实验尤其是变形量较大的压缩试样以及扭转试样实施冷却淬火；试样的周向冷却作用不均匀，存在冷却“死区”，不能实现气-水混合的均匀喷雾冷却。
发明内容：
针对目前热模拟试样冷却淬火过程中存在的以上问题，本发明提供一种热模拟试样冷却淬火用卡具，适用于高温拉伸、压缩、扭转等多种热变形模拟试样的冷却过程，试样周向冷却均匀无“死区”，可实现气-水混合均匀喷雾冷却的卡具结构。
本发明的技术方案是：
一种热模拟试样冷却淬火用卡具，该卡具设有环状卡具本体，试样横向穿设于环状卡具本体中，环状卡具本体上设有冷却介质混合室和单向控制阀，单向控制阀分别与冷却介质混合室和冷却介质容器连接；环状卡具本体上分布有与穿设于环状卡具本体中的试样相对应的通孔，该通孔与冷却介质混合室相通。
所述的热模拟试样冷却淬火用卡具，环状卡具本体为三角形结构冷却淬火卡具或圆环形结构冷却淬火卡具。
所述的热模拟试样冷却淬火用卡具，三角形结构冷却淬火卡具设有三角形卡具本体、连接管路、冷却介质容器I，三角形卡具本体通过连接管路与冷却介质容器I连接。
所述的热模拟试样冷却淬火用卡具，三角形卡具本体上设有冷却介质混合室、单向控制阀I、单向控制阀II，单向控制阀I和单向控制阀II与冷却介质混合室连接，并通过连接管路分别与冷却介质容器I和冷却介质容器II连接，三角形卡具本体上分布有与伸入三角形卡具本体中的试样相对应的通孔。
所述的热模拟试样冷却淬火用卡具，圆环形结构冷却淬火卡具设有圆环形卡具本体、连接管路、冷却介质容器I和冷却介质容器II，圆环形卡具本体分别通过连接管路与冷却介质容器I和冷却介质容器II连接。
所述的热模拟试样冷却淬火用卡具，圆环形卡具本体上设有冷却介质混合室、单向控制阀I、单向控制阀II，单向控制阀I和单向控制阀II与冷却介质混合室连接，并通过连接管路分别与冷却介质容器I和冷却介质容器II连接，圆环形卡具本体上分布有与伸入圆环形卡具本体中的试样相对应的通孔。
本发明的有益效果是：
本发明将卡具固定在热模拟试验装置的固定夹头上，并与冷却介质容器连接。通过控制程序设定在热模拟过程中对试样进行均匀地气冷、水冷或气-水混合喷雾冷却，实现冷却速度可控的冷却淬火过程。
附图说明：
图1(a)-图1(b)是U型结构冷却淬火卡具及其工作状态的示意图；
图2是本发明三角形结构冷却淬火卡具的示意图；
图3是本发明圆环形结构冷却淬火卡具的示意图。
图中：
1-1运动夹头；1-2U型结构冷却淬火卡具；1-3拉伸试样；1-4固定夹头；1-5连接管路；1-6冷却介质容器I。
2-1三角形卡具本体；2-2冷却介质混合室；2-3单向控制阀I；2-4单向控制阀II。
3-1圆环形卡具本体；3-2冷却介质容器II，3-3压缩试样。
具体实施方式：
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
本发明热模拟试样冷却淬火用卡具中，设有环状卡具本体，试样横向穿设于环状卡具本体中，环状卡具本体上设有冷却介质混合室和单向控制阀，单向控制阀分别与冷却介质混合室和冷却介质容器连接；环状卡具本体上分布有与穿设于环状卡具本体中的试样相对应的通孔，该通孔与冷却介质混合室相通。
实施例1：
如图2所示，本发明三角形结构冷却淬火卡具由三角形卡具本体2-1、连接管路1-5、冷却介质容器I 1-6组成，三角形卡具本体2-1通过连接管路1-5与冷却介质容器I 1-6连接。其中，三角形卡具本体2-1上设有冷却介质混合室2-2、单向控制阀I 2-3、单向控制阀II2-4，单向控制阀I 2-3和单向控制阀II2-4与冷却介质混合室2-2连接，三角形卡具本体2-1上分布有与穿设于三角形卡具本体2-1中的拉伸试样1-3相对应的通孔。
本实施例中，GH4169合金高温拉伸试样需要以20℃/s的冷速从1000℃降低到800℃，采用压缩空气以气冷的方式来实现。在高温拉伸实验结束后，通过热模拟试验机程序控制使冷却介质容器I中的压缩空气经由连接管路1-5、单向控制阀I 2-3进入冷却介质混合室2-2，然后通过三角形卡具本体2-1上分布的通孔流出，在高温拉伸试样的周向实现均匀冷却，避免冷却“死区”的存在。
实施例2：
如图3所示，本发明圆环形结构冷却淬火卡具由圆环形卡具本体3-1、连接管路1-5、冷却介质容器I 1-6和冷却介质容器II3-2组成，圆环形卡具本体3-1分别通过连接管路1-5与冷却介质容器I 1-6和冷却介质容器II3-2连接。其中，圆环形卡具本体3-1上设有冷却介质混合室2-2、单向控制阀I 2-3、单向控制阀II2-4，单向控制阀I 2-3和单向控制阀II2-4与冷却介质混合室2-2连接，并通过连接管路1-5分别与冷却介质容器I 1-6和冷却介质容器II3-2连接，圆环形卡具本体3-1上分布有与穿设于圆环形卡具本体3-1中的压缩试样3-3相对应的通孔。
本实施例中，TA12钛合金高温压缩试样3-3需要以150℃/s的冷速从1200℃降低到700℃，采用气-水混合喷雾冷却的方式来实现。在高温压缩实验结束后，通过热模拟试验机程序控制使冷却介质容器I 1-6中的压缩空气经由连接管路1-5、单向控制阀I 2-3进入冷却介质混合室，同时使冷却介质容器II2-4中的水经由连接管路1-5、单向控制阀II2-4进入冷却介质混合室。空气与水在冷却介质混合室内混合碎化，然后通过环形结构冷却淬火卡具本体上均布的通孔流出，在高温压缩试样的周向实现均匀冷却，避免冷却“死区”的存在。

Claims (6)

1.一种热模拟试样冷却淬火用卡具，其特征在于：该卡具设有环状卡具本体，试样横向穿设于环状卡具本体中，环状卡具本体上设有冷却介质混合室和单向控制阀，单向控制阀分别与冷却介质混合室和冷却介质容器连接；环状卡具本体上分布有与穿设于环状卡具本体中的试样相对应的通孔，该通孔与冷却介质混合室相通。
2.按照权利要求1所述的热模拟试样冷却淬火用卡具，其特征在于：环状卡具本体为三角形结构冷却淬火卡具或圆环形结构冷却淬火卡具。
3.按照权利要求2所述的热模拟试样冷却淬火用卡具，其特征在于：三角形结构冷却淬火卡具设有三角形卡具本体、连接管路、冷却介质容器I，三角形卡具本体通过连接管路与冷却介质容器I连接。
4.按照权利要求3所述的热模拟试样冷却淬火用卡具，其特征在于：三角形卡具本体上设有冷却介质混合室、单向控制阀I、单向控制阀II，单向控制阀I和单向控制阀II与冷却介质混合室连接，并通过连接管路分别与冷却介质容器I和冷却介质容器II连接，三角形卡具本体上分布有与伸入三角形卡具本体中的试样相对应的通孔。
5.按照权利要求2所述的热模拟试样冷却淬火用卡具，其特征在于：圆环形结构冷却淬火卡具设有圆环形卡具本体、连接管路、冷却介质容器I和冷却介质容器II，圆环形卡具本体分别通过连接管路与冷却介质容器I和冷却介质容器II连接。
6.按照权利要求5所述的热模拟试样冷却淬火用卡具，其特征在于：圆环形卡具本体上设有冷却介质混合室、单向控制阀I、单向控制阀II，单向控制阀I和单向控制阀II与冷却介质混合室连接，并通过连接管路分别与冷却介质容器I和冷却介质容器II连接，圆环形卡具本体上分布有与伸入圆环形卡具本体中的试样相对应的通孔。
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