CN107421803A - 一种温度和应变速率可控的铝合金压缩变形装置及测试方法 - Google Patents

一种温度和应变速率可控的铝合金压缩变形装置及测试方法 Download PDF

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Abstract

本实发明公开了一种温度和应变速率可控的铝合金压缩变形装置及测试方法。本发明温度和应变速率可控的铝合金压缩变形装置包括应变速率可控的加载装置，除此之外还设置有温度可控的加热装置。本发明装置能够精确控制温度和应变速率对铝合金胚锭的进行压缩变形，且压缩变形后试样大小满足后续力学实验的要求。本发明装置拆卸组装方便，能够利用万能试验机在不同温度、不同应变速率下对铝合金材料样品进行压缩实验，增加实验可靠性，降低实验成本。

Description

一种温度和应变速率可控的铝合金压缩变形装置及测试方法
技术领域
本发明涉及一种温度和应变速率可控的铝合金压缩变形装置及测试方法，属于铝合金材料加工技术领域。
背景技术
在实验室环境，对于铝合金进行温度和应变速率可控的压缩变形试验一般使用热挤压机或热模拟试验机。具体的，例如使用YLK32-100T热挤压机对铝合金胚锭进行压缩变形，但是由于其应变速率控制不准确，因此不能满足后续力学实验要求。而使用热模拟试验机对铝合金胚锭进行压缩变形，具体的，例如使用Gleeble热模拟试验机对铝合金胚锭进行压缩变形，虽然其温度和应变速率能精确控制，但是胚锭在压缩变形后尺寸偏小不利于后续的力学性能的测试且成本较高，也有其局限性。
因此如何设计一种既能控制温度和应变速率，又能压缩变形大尺寸胚锭且成本低廉的设备是本领域实验人员目前需要解决的问题。
发明内容
本发明针对上述现有技术所存在的不足之处，旨在提供一种简易实用且控制准确的温度和应变速率可控的铝合金压缩变形装置及测试方法。
本发明温度和应变速率可控的铝合金压缩变形装置，包括应变速率可控的加载装置，除此之外还设置有温度可控的加热装置。
所述应变速率可控的加载装置为万能试验机，包括上压头1和下压头2。在所述下压头2的正上方设置一外置下压头4，作为所述下压头2的延长部件；外置下压头4与下压头2之间设置有隔热石棉垫5以避免直接接触。在所述上压头1的正下方设置一带承力耳板的外置上压头3，作为所述上压头1的延长部件；外置上压头3和上压头1之间设置有隔热石棉垫5以避免直接接触。另外，设置一带定位孔的定位底座6套置于所述下压头2和所述外置下压头4的外部用以定位。
所述定位底座6为耐热钢板，定位底座6上定位孔的直径比下压头2的直径大2mm。在所述定位底座6的底部设置有隔热石棉垫5以避免和加载装置直接接触。所述定位底座6的高度比所述下压头2的高度高15-20mm。
所述外置上压头3和所述外置下压头4的直径一致，且压制时两者对中放置。
所述温度可控的加热装置包括圆形加热铜套7、加热棒8、测温热电偶9以及电气控温柜10。所述圆形加热铜套7的外表面包覆有保温石棉圈11以避免加热时热量散失。所述圆形加热铜套7套置于所述外置下压头4的外部；所述圆形加热铜套7的高度设置要确保加载测试时，外置上压头的底部落入圆形加热铜套7的套筒内部。在所述圆形加热铜套7的侧壁上端向下开设多个盲孔，在盲孔内插设加热棒8；盲孔的孔深和加热棒的长度相等，盲孔的直径比加热棒直径大2mm，圆形加热铜套7的壁厚为加热棒直径的两倍。所述加热棒8通过导线与电气控温柜10相连，所述加热棒的功率为200W。在所述圆形加热铜套7的侧壁中部、避开盲孔的位置开设一水平方向的通孔，以便将测温热电偶9置于圆形加热铜套7的内部进行测温。通孔的直径比测温热电偶9的直径大2mm。所述测温热电偶9通过导线与所述电气控温柜10相连，电气控温柜10通过加热棒8和测温热电偶9的配合调控，实现压缩变形温度的精确控制。
所述盲孔的数量至少为4个；盲孔的孔与孔之间至少保留一个加热棒直径的间隙。
所述圆形加热铜套9置于定位底座6的上表面，并且在定位底座6的上表面设置有隔热石棉垫5以避免与圆形加热铜套9直接接触。
加载测试时，通过隔热石棉垫的包覆阻隔以避免圆形加热铜套9内部热量的散失。
所述加载装置与计算机相连，通过计算机来实现对应变速率的精确控制，并通过计算机反馈实验结果。
利用上述装置进行温度和应变速率可控的铝合金压缩变形测试方法，包括如下步骤：
步骤1：将测温热电偶置入圆形加热铜套内部，通过电气控温柜设置预定温度，打开加热开关，加热至预定压缩变形温度；
步骤2：抬升外置上压头，将待测样品置于外置下压头的中心处，降下外置上压头，待温度稳定；
步骤3：开启万能试验机，通过与万能试验机相连接的计算机设置预定压缩变形的应变速率，开始待测样品的压缩变形；
步骤4：待压缩变形行程工作到待测样品原始厚度的70％时，关闭电气控温柜和万能试验机，迅速升起外置上压头，并将待测样品快速取出并置入水中冷却。
本发明的有益效果体现在：
1、本发明装置结构简单，设计合理，装配容易，适用范围广且成本低廉。
2、本发明装置能够精确控制温度和应变速率对铝合金胚锭的进行压缩变形，且压缩变形后试样大小满足后续力学实验的要求。
传统温度和应变速率可控的压缩变形是在热挤压机或热模拟试验机上进行的。对于热挤压机，其应变速率控制不准确，不能满足后续力学实验要求，而采用热模拟试验机对铝合金进行压缩变形后尺寸太小不利于后期力学性能测试且成本较高。本发明既能满足精确控制温度和应变速率的条件下对铝合金铸胚进行压缩变形，又能压缩变形大尺寸的铸胚，能够满足后续力学实验的要求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明温度和应变速率可控的铝合金压缩装置的结构示意图。
图2为图1中圆形加热铜套在A-A方向的剖面示意图。
图中标号：1上压头，2下压头，3外置上压头，4外置下压头，5隔热石棉垫，6定位底座，7圆形加热铜套，8加热棒，9测温热电偶，10电气控温柜，11保温石棉圈。
具体实施方式
如图1所示，本发明温度和应变速率可控的铝合金压缩变形装置，包括应变速率可控的加载装置，除此之外还设置有温度可控的加热装置。
所述应变速率可控的加载装置为万能试验机，包括上压头1和下压头2。在所述下压头2的正上方设置一外置下压头4，作为所述下压头2的延长部件；外置下压头4与下压头2之间设置有隔热石棉垫5以避免直接接触。在所述上压头1的正下方设置一带承力耳板的外置上压头3，作为所述上压头1的延长部件；外置上压头3和上压头1之间设置有隔热石棉垫5以避免直接接触。另外，设置一带定位孔的定位底座6套置于所述下压头2和所述外置下压头4的外部用以定位。
所述定位底座6为耐热钢板，定位底座6上定位孔的直径比下压头2的直径大2mm。在所述定位底座6的底部设置有隔热石棉垫5以避免和加载装置直接接触。所述定位底座6的高度比所述下压头2的高度高15-20mm。
所述外置上压头3和所述外置下压头4的直径一致，且压制时两者对中放置。
所述温度可控的加热装置包括圆形加热铜套7、加热棒8、测温热电偶9以及电气控温柜10。所述圆形加热铜套7的外表面包覆有保温石棉圈11以避免加热时热量散失。所述圆形加热铜套7套置于所述外置下压头4的外部；所述圆形加热铜套7的高度设置要确保加载测试时，外置上压头的底部落入圆形加热铜套7的套筒内部。在所述圆形加热铜套7的侧壁上端向下开设多个盲孔，在盲孔内插设加热棒8；盲孔的孔深和加热棒的长度相等，盲孔的直径比加热棒直径大2mm，圆形加热铜套7的壁厚为加热棒直径的两倍。所述加热棒8通过导线与电气控温柜10相连，所述加热棒的功率为200W。在所述圆形加热铜套7的侧壁中部、避开盲孔的位置开设一水平方向的通孔，以便将测温热电偶9置于圆形加热铜套7的内部进行测温。通孔的直径比测温热电偶9的直径大2mm。所述测温热电偶9通过导线与所述电气控温柜10相连，电气控温柜10通过加热棒8和测温热电偶9的配合调控，实现压缩变形温度的精确控制。
所述盲孔的孔与孔之间至少保留一个加热棒直径的间隙。
所述圆形加热铜套9置于定位底座6的上表面，并且在定位底座6的上表面设置有隔热石棉垫5以避免与圆形加热铜套9直接接触。
加载测试时，通过隔热石棉垫的包覆阻隔以避免圆形加热铜套9内部热量的散失。
所述加载装置与计算机相连，通过计算机来实现对应变速率的精确控制，并通过计算机反馈实验结果。
利用上述装置进行温度和应变速率可控的铝合金压缩变形测试方法，包括如下步骤：
步骤1：将测温热电偶置入圆形加热铜套内部，通过电气控温柜设置预定温度，打开加热开关，加热至预定压缩变形温度；
步骤2：抬升外置上压头，将待测样品置于外置下压头的中心处，降下外置上压头，待温度稳定；
步骤3：开启万能试验机，通过与万能试验机相连接的计算机设置预定压缩变形的应变速率，开始待测样品的压缩变形；
步骤4：待压缩变形行程工作到待测样品原始厚度的70％时，关闭电气控温柜和万能试验机，迅速升起外置上压头，并将待测样品快速取出并置入水中冷却。
下面结合表1中的具体实施参数1-6对本发明作进一步描述，实施例1-6中试样高度均为20mm。
表1实施例1-6的实验参数
上述实施例仅用以说明本发明的技术构思及特点，并不能以此限制本发明的保护范围，本领域普通技术人员凡是根据本发明的实质所作的等效变化或修饰，只要不脱离本发明的精神和范围，都应涵盖在本发明的权利要求范围之内。

Claims (9)

1.一种温度和应变速率可控的铝合金压缩变形装置，其特征在于：包括应变速率可控的加载装置，除此之外还设置有温度可控的加热装置；
所述应变速率可控的加载装置为万能试验机，包括上压头(1)和下压头(2)；在所述下压头(2)的正上方设置一外置下压头(4)，作为所述下压头(2)的延长部件；外置下压头(4)与下压头(2)之间设置有隔热石棉垫(5)以避免直接接触；在所述上压头(1)的正下方设置一带承力耳板的外置上压头(3)，作为所述上压头(1)的延长部件；外置上压头(3)和上压头(1)之间设置有隔热石棉垫(5)以避免直接接触；
所述温度可控的加热装置包括圆形加热铜套(7)、加热棒(8)、测温热电偶(9)以及电气控温柜(10)；所述圆形加热铜套(7)的外表面包覆有保温石棉圈(11)以避免加热时热量散失；所述圆形加热铜套(7)套置于所述外置下压头(4)的外部；所述圆形加热铜套(7)的高度设置要确保加载测试时，外置上压头的底部落入圆形加热铜套(7)的套筒内部；在所述圆形加热铜套(7)的侧壁上端向下开设多个盲孔，在盲孔内插设加热棒(8)，所述加热棒(8)通过导线与电气控温柜(10)相连；在所述圆形加热铜套(7)的侧壁中部、避开盲孔的位置开设一水平方向的通孔，以便将测温热电偶(9)置于圆形加热铜套(7)的内部进行测温；所述测温热电偶(9)通过导线与所述电气控温柜(10)相连，电气控温柜(10)通过加热棒(8)和测温热电偶(9)的配合调控，实现压缩变形温度的精确控制。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：
设置一带定位孔的定位底座(6)套置于所述下压头(2)和所述外置下压头(4)的外部用以定位。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：
所述定位底座(6)为耐热钢板，定位底座(6)上定位孔的直径比下压头(2)的直径大2mm，所述定位底座(6)的高度比所述下压头(2)的高度高15-20mm。
4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：
在所述定位底座(6)的底部设置有隔热石棉垫(5)以避免和加载装置直接接触。
5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：
所述外置上压头(3)和所述外置下压头(4)的直径一致，且压制时两者对中放置。
6.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：
所述圆形加热铜套(9)置于定位底座(6)的上表面，并且在定位底座(6)的上表面设置有隔热石棉垫(5)以避免与圆形加热铜套(9)直接接触。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：
所述盲孔的数量至少为4个；盲孔的孔与孔之间至少保留一个加热棒直径的间隙。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：
盲孔的孔深和加热棒的长度相等，盲孔的直径比加热棒直径大2mm，圆形加热铜套(7)的壁厚为加热棒直径的两倍。
9.一种利用权利要求1所述的装置进行温度和应变速率可控的铝合金压缩变形测试方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤1：将测温热电偶置入圆形加热铜套内部，通过电气控温柜设置预定温度，打开加热开关，加热至预定压缩变形温度；
步骤2：抬升外置上压头，将待测样品置于外置下压头的中心处，降下外置上压头，待温度稳定；
步骤3：开启万能试验机，通过与万能试验机相连接的计算机设置预定压缩变形的应变速率，开始待测样品的压缩变形；
步骤4：待压缩变形行程工作到待测样品原始厚度的70％时，关闭电气控温柜和万能试验机，迅速升起外置上压头，并将待测样品快速取出并置入水中冷却。
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