CN102998328A - 一种模拟缓慢冷却过程的试验方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种模拟缓慢冷却过程的试验方法，它通过以下步骤进行：将n个试样加工成统一长度的圆棒状，在其中一个试样上焊接热电偶；根据所需的冷却速度范围，应用钽片将焊接好热电偶的试样与其它试样包裹在一起，试样的轴线平行且两端对齐；将试样置于试验机的两压头之间，启动液压系统，将其夹紧；抽真空，当真空度达到5～20帕斯卡时，启动加热系统对试样进行加热和保温，之后将温度直接设定为零，使试样随着压头自然冷却，在此过程中程序仍然运行并采集试样的实际温度；冷却过程中的程序运行时间为：t=(3/n)×( T- T1)/v，本发明无需对原有设备添加配件，可以再现试样自然冷却相变过程，实现了缓慢的自然冷却工艺过程模拟实验。

Description

一种模拟缓慢冷却过程的试验方法
技术领域
本发明涉及一种模拟缓慢冷却过程的试验方法，属于热处理技术领域。
背景技术
材料与热加工领域的物理模拟，实际上是材料经受的热/力物理过程的模拟。目前，热/力模拟实验装置具有较高的模拟能力及模拟精度，且随着人们对物理模拟技术的需求，已有各种类型的热模拟试验装置问世。热模拟装置可以按模拟功能分为单一的热模拟及兼有力学模拟功能的全模拟装置；按照加热方式又可以分为在试样上直接通电加热及高频感应加热两大类。
其中美国动态系统公司（DSI）制造的Gleeble系列热模拟试验机的加热方式即为在试样上直接通电加热。该热模拟试验机的加热系统采用的是闭环伺服系统，通过程序设定温度值与实际温度值之差，提供变化了的触发脉冲，调整可控硅导通角，使电流发生变化，最终使实际温度与程序设定温度一致。对于快速冷却装置及方法的开发，已有不少报导。由于设备对温度有很好的控制精度，容易实现缓慢冷却过程控制，因此，对于缓慢冷却模拟功能的开发研究较少。然而，无论是快速冷却过程或是缓慢冷却过程，其冷却过程的控制都是按照预先设定好的冷却路径进行的（以恒定的冷却速度进行冷却工艺模拟居多），无法实现对模拟试样加热后的随机自然冷却过程的控制。试样在自然冷却过程中存在等温相变的过程，若采用恒定的冷却速度控制替代自然冷却过程会造成组织的较大差异。
试样加热后，可以采取断电以达到试样随机自然冷却，但是由于热模拟试验机上用于夹持试样的压头具有一定的导热能力，必然使试样获得较高的冷却速度，尤其是当模拟试样尺寸较小（小尺寸规格的盘条产品）时，很难实现冷速较慢的自然冷却过程模拟，因此，为了实现此种类型的冷却过程模拟，需要找到一种模拟缓慢冷却过程的试验方法。
发明内容
本发明目的在于提出一种模拟缓慢冷却过程的试验方法，通过该方法，可以实现模拟试样经缓慢地自然冷却的工艺过程，再现试样自然冷却相变过程，即由于试样相变潜热的作用使温度下降受到暂时抑制，并可得到该工艺过程的组织，更真实地建立起现场生产实际的缓慢冷却工艺过程与组织间的关系。
本发明是通过以下技术方案实现的：
1.将n个试样加工成统一长度的圆棒状，在其中一个试样上焊接热电偶，可以根据不同的加热温度选用适当型号的热电偶。加热温度在1300℃以下时选用K型热电偶，加热温度在1300℃以上时选用R型热电偶；
2.根据所需的冷却速度范围，应用钽片将焊接好热电偶的试样与其它试样包裹在一起，试样的轴线平行且两端对齐；
3.将步骤2中包裹好的试样至于试验机的两压头之间，并启动液压系统，缓慢将其夹紧；
4.抽真空，当真空度达到5～20帕斯卡时，启动加热系统对试样进行加热和保温，之后将温度直接设定为零，使试样随着压头自然冷却，在此过程中程序仍然运行并采集试样的实际温度，并记录试样的自然冷却曲线。
其中试样冷却过程中程序的运行时间可以按照下列公式计算：
设开冷温度为T，缓冷速度为v，终冷温度为T1，试样个数为n，则冷却过程中的程序运行时间为
t=(3/n)×( T- T1)/v     （1）
本发明的特征在于应用包裹多个试样的技术使加热系统的输出电流增大，即流过压头的电流增大，使夹持试样两端的压头具有较高的热量，设压头电阻为R，通电时间为t，其热量值可以按照如下公式计算：
对于单个试样，压头获得的热量值为
Q0=I2Rt    （2）
对于n（1～6）个试样，由于程序的参数设定一致且试样规格统一，因此，可以按照流过每个试样的电流强度值相同计算压头获得的热量值为
Q1=(nI)2Rt  （3）
由式（2）、（3）比较可知，应用多个试样，压头获得的热量大大增加，因此，延长了其冷却时间，大大降低了其对试样的冷却，最终使试样获得缓慢自然冷却的效果，并在试样的自然冷却过程中，记录试样的自然冷却曲线。
本发明根据试样的直径、试验机的两压头断面大小，两压头之间的试样个数可选择n (通常取值为1~6)个。
本发明目的有益效果是无需对原有设备添加配件，通过包裹多个试样，将这一组试样进行热过程模拟，再现试样自然冷却相变过程，即由于试样相变潜热的作用使温度下降受到暂时抑制，实现了缓慢的自然冷却工艺过程模拟实验。
附图说明
图1为试样夹持在夹头之间的示意图；
图2为两个试样包裹在一起夹持在夹头之间的示意图；
图3为三个试样包裹在一起夹持在夹头之间的示意图；
图4试样在自然冷却条件下的冷却曲线；
图中1钽片；2夹头；3试样。
具体实施方式
本发明的实施例为：
1 将直径为5.5mm的盘条加工成统一长度为30mm的圆柱状作为模拟试样，在其中一个试样上焊接热电偶，实验加热温度为890℃，因此，选用K型热电偶；
2 应用钽片分别包裹一个试样，两个试样或三个试样的两端，其中必有一个试样是步骤1中焊接好热电偶的试样，用于对试样进行加热和保温；
3 将步骤2中包裹好的试样至于试验机的两压头之间，并启动液压系统，缓慢将其夹紧，夹持一个试样情况，如图1所示，夹持两个或三个试样的情况，分别如图2和图3所示；
4 抽真空，当真空度达到15帕斯卡时，启动加热系统将试样加热至890℃并保温10分钟，之后将程序温度直接设定为零，使试样随着压头自然冷却，在此过程中程序仍然运行并采集试样的实际温度。试样冷却过程中程序的运行时间按照公式(1)计算得：
用一个试样实验时的冷却时间为48s,
用两个试样实验时的冷却时间为69s，
用三个试样实验时的冷却时间为95s。
不同试样个数在加热和保温之后在自然冷却条件下的冷却曲线如图2所示。图2中，曲线1为包裹三个试样条件下的自然冷却曲线，从开始冷却至发生自然冷却相变时的平均冷速为4.5℃/s，曲线2为包裹两个试样条件下的自然冷却曲线，从开始冷却至发生自然冷却相变时的平均冷速为10℃/s，曲线3为包裹一个试样条件下的自然冷却曲线，从开始冷却至发生自然冷却相变时的平均冷速为30℃/s，且从曲线1,2和3中都可以明显看出试样由于相变潜热的释放而使其温度回升的现象，从而通过实验过程中所记录的冷却曲线准确记录试样缓冷状态下的相变。

Claims (2)

1.一种模拟缓慢冷却过程的试验方法，其特征在于，通过以下步骤进行：
1）将n个试样加工成统一长度的圆棒状，在其中一个试样上焊接热电偶；
2）根据所需的冷却速度范围，应用钽片将焊接好热电偶的试样与其它试样包裹在一起，试样的轴线平行且两端对齐；
3）将步骤2中包裹好的试样至于试验机的两压头之间，并启动液压系统，将其夹紧；
4）抽真空，当真空度达到5～20帕斯卡时，启动加热系统对试样进行加热和保温，之后将温度直接设定为零，使试样随着压头自然冷却，在此过程中程序仍然运行并采集试样的实际温度；
其中试样冷却过程中程序的运行时间按照下列公式计算：
设开冷温度为T，缓冷速度为v，终冷温度为T1，试样个数为n，则冷却过程中的程序运行时间为：
t=(3/n)×( T- T1)/v     （1）
2.根据权利要求1所述的一种模拟缓慢冷却过程的试验方法，其特征在于，根据试样的直径、试验机的两压头断面大小，两压头之间的试样个数n选择为1~6。
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