CN104076058A - 一种热模拟试验机用砧头及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种热模拟试验机用砧头及其制造方法，砧头由三部分组成，即砧头本体及两端附有的垫片，砧头本体为圆柱体，圆柱体两端附有与之截面形状相同的圆形垫片。 将用于制造砧头的坯料当成模拟试样，应用热模拟试验机对其进行加热和变形，这种热加工工艺过程简便、快捷，且坯料初始形状为带有弧形凹槽的圆柱体，圆柱体的上、下底面包裹钽片，使坯料在简单的单轴压缩变形条件下成型，得到圆柱体状砧头。该砧头生产周期短，成本低，制造出的砧头附有圆形垫片，降低了砧头与试样粘连的可能性，使用时不需再在试样上包裹钽片，该砧头也不易于受快速冷却或加热而开裂，因此，该砧头的应用即节约了钽片，又提高了实验效率。

Description

一种热模拟试验机用砧头及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种热模拟试验机配件及其制造方法，具体涉及一种热模拟试验机用砧头及其制造方法。

背景技术

热模拟试验机是将试样当成电阻直接通电加热，而与试样接触的砧头可以视为两个加热电极，由于试样与电极直接接触，在试样升温的同时砧头也被加热到一定的温度，因此，要求砧头具有良好的导电性，高温强度、硬度以及抗氧化等性能。目前，热模拟试验机的砧头材质多采用以钨为基底的合金系材料，如，采用以碳化钨为主的材料制成的砧头。

由于碳化钨材料具有较高的强度和硬度且塑性差，其可加工性能差，因此，用该材料制造砧头，往往采用模铸的方法，制造工艺较复杂。申请号为“9.111681.3”的专利“电热镦粗砧块的制造方法”，采用粉末冶金的方法用于电热镦粗工艺的关键配件——砧块。该方法虽然可以制造出具备上述性能的砧块，但制造工艺复杂，生产周期长。无论是采用上述的模铸法或粉末冶金方法制造的砧头或砧块，都存在生产成本高，生产工艺复杂的缺点。另外，应用上述材料和方法制造的砧头或砧块作为热模拟机的压头，在进行热模拟实验过程时，经常出现试样与砧头的粘连和碳的扩撒问题，容易造成压头的损坏，尤其在淬火或快速冷却实验中，由于砧头与试样直接接触，砧头随着试样的温度变化而变化，容易产生热疲劳，甚至产生内应力，导致裂纹的产生，导致实验成本大大增加。为了避免试样与砧头的粘连和碳的扩散问题，一种较有效的方法是在进行每一次实验时，采用两钽片将试样与砧头隔离开来，然而，这会使金属钽片的消耗量增大，这不仅增加了实验的难度，同时也增加了实验成本。

发明内容

本发明目的在于针对已有的砧头及其制造工艺上存在的问题，提供一种热模拟试验机用砧头及其制造方法，简化热模拟试验机用砧头的加工工艺，缩短生产周期，降低砧头成本，同时解决了高温淬火实验过程中试样不能及时淬火以及由于快速冷却导致砧头产生裂纹问题。

本发明的砧头由三部分组成，即砧头本体及两端附有的垫片，砧头本体为圆柱体，圆柱体两端附有与之截面形状相同的圆形垫片。

本发明提供的砧头制造步骤如下：

1 将坯料加工成圆柱体，该圆柱体的底面直径与高的比在0.67～0.75之间，在其中间加工有弧形凹槽，其弧形半径为R，圆柱体高为h，则弧形半径满足如下公式：

$1<R-\sqrt{R^2-{(h/2)}^2}<1.5---\left(1\right)$

加工弧形凹槽的目的在于减小坯料由于受压变形而导致产生鼓肚效应；

2 将步骤1中加工好的坯料焊接热电偶，并应用两个相同的圆形垫片包裹住两端，这两个圆形垫片分别为砧头的上、下底面；

3 将步骤2中的坯料缓慢夹持于热模拟试验机的夹头间，即将其作为热模拟试样进行热加工，在10～60秒内将坯料加热到1050～1250℃；

4 步骤3中的坯料保温10～180秒后，进行第一道次的压缩变形，使坯料与包裹其两底面的圆形垫片压合，即，使坯料和垫片成为一个整体，且在该温度下，坯料易于发生再结晶现象，而使加工应力降低，促进压缩变形；

5 坯料经过步骤4压缩后，将其冷却至800～950℃温度范围，再进行第二道次压缩变形，使坯料厚度接近成品砧头的厚度；

6 将步骤5中得到的近成品砧头的温度进一步降低50～150℃，再以较小的压下量使砧头定型；

7完成步骤4、5、6的热加工工艺过程后，砧头随设备自然冷却至100℃左右，破真空，启动设备液压系统使压头退回，取下热加工好的砧头，剪掉热电偶，即得到成品砧头。

本发明的有益效果是：将用于制造砧头的坯料当成模拟试样，应用热模拟试验机对其进行加热和变形，这种热加工工艺过程简便、快捷，且坯料初始形状为带有弧形凹槽的圆柱体，圆柱体的上、下底面包裹钽片，使坯料在简单的单轴压缩变形条件下成型，得到圆柱体状砧头。该砧头生产周期短，成本低，制造出的砧头附有圆形垫片，降低了砧头与试样粘连的可能性，使用时不需再在试样上包裹钽片，该砧头也不易于受快速冷却或加热而开裂，因此，该砧头的应用即节约了钽片，又提高了实验效率。

附图说明

图1为本发明采用的坯料示意图，

图2为图1的侧视图，

图3 为本发明制造的砧头的坯料图，

图4为本发明具体实施例的加工温度与时间的曲线图。

图中，1砧头本体；2砧头上底面垫片；3砧头下底面垫片；4 砧头

具体实施方式

下面结合附图对本发明做详细说明：

如图1、2所示，本发明提供的砧头4由三部分组成，包括砧头本体1，砧头本体1的两端附有垫片，分别为砧头的上底面垫片2和下底面垫片3。砧头本体1为圆柱体，圆柱体两端附有与之截面形状相同的圆形垫片，砧头本体1与上底面垫片2和下底面垫片3通过下述制造方法结合，

本发明提供的砧头制造步骤如下：

1、如图3所示的砧头坯料，其选用具有耐高温和高温强度材质的钢材，将坯料加工成圆柱体，该圆柱体的底面直径与高的比在0.67～0.75之间，在其中间加工有弧形凹槽，其弧形半径为R，圆柱体高为h，则弧形半径满足如下公式：

$1<R-\sqrt{R^2-{(h/2)}^2}<1.5---\left(1\right)$

加工弧形凹槽的目的在于减小坯料由于受压变形而导致产生鼓肚效应；

本实施例的坯料加工成直径为10mm，高度为15mm的圆柱体，则根据公式（1），在该圆柱体的柱面上加工弧形半径为29mm的弧形，使其最小直径（圆柱体高度为一半的截面圆直径）为8mm。2 将步骤1中加工好的坯料1焊接K型热电偶，圆形垫片选用0.1mm厚的钽片，即应用两个相同的圆形钽片包裹住坯料1两端，这两个圆形钽片分别为砧头的上、下底面；

3 将步骤2中的坯料缓慢夹持于热模拟试验机的夹头间，即将其作为热模拟试样进行热加工。经过20秒将坯料加热到1100℃，在此温度下停留1分钟后，进行步骤4、5、6的热加工工艺过程；

4 步骤3中的坯料在停留1分钟后，进行第一道次的压缩变形，变形量为40%，使坯料与包裹其两端的钽片压合，即，使坯料和钽片成为一个整体，且在该温度下，坯料易于发生再结晶现象，而使加工应力降低，促进压缩变形；

5 坯料经过步骤4压缩后，将其冷却至950℃，再进行第二道次压缩变形，变形量为35%，使坯料厚度接近成品砧头的厚度；

6 将步骤5中得到的近成品砧头的温度进一步降低100℃，再以较小的压下量10%，使砧头定型；

7完成步骤4、5、6的热加工工艺过程后，砧头随设备自然冷却至100℃，破真空，启动设备液压系统使压头退回，取下热加工好的砧头，剪掉热电偶，即得到成品砧头，图4所示为本发明的加工温度与时间的曲线图。

Claims (3)

1.一种热模拟试验机用砧头，其特征在于，砧头由砧头本体及两端附有与之截面形状相同垫片结合为整体。

2.一种权利要求1所述的一种热模拟试验机用砧头的制造方法，其特征在于，砧头的制造步骤如下：

1）将坯料加工成圆柱体，该圆柱体的底面直径与高的比在0.67～0.75之间；

2）将步骤1中加工好的坯料焊接热电偶，并应用两个相同的圆形垫片包裹住两端，这两个圆形垫片分别为砧头的上、下底面；

3）将步骤2中的坯料缓慢夹持于热模拟试验机的夹头间，即将其作为热模拟试样进行热加工，在10～60秒内将坯料加热到1050～1250℃；

4）步骤3中的坯料保温10～180秒后，进行第一道次的压缩变形，使坯料与包裹其两底面的圆形垫片压合，即，使坯料和垫片成为一个整体；

5）坯料经过步骤4压缩后，将其冷却至800～950℃温度范围，再进行第二道次压缩变形，使坯料厚度接近成品砧头的厚度；

6）将步骤5中得到的近成品砧头的温度进一步降低50～150℃，再以较小的压下量使砧头定型；

7）完成步骤4、5、6的热加工工艺过程后，砧头随设备自然冷却至100℃左右，破真空，启动设备液压系统使压头退回，取下热加工好的砧头，剪掉热电偶，即得到成品砧头。

3.根据权利要求2所述的一种热模拟试验机用砧头的制造方法，其特征在于，圆柱体坯料中间加工有弧形凹槽，其弧形半径为R，圆柱体高为h，则弧形半径满足如下公式：

$1<R-\sqrt{R^2-{(h/2)}^2}<1.5---\left(1\right).$