CN110793873A - 一种防止试样在加热时变形影响试验精度的方法 - Google Patents

一种防止试样在加热时变形影响试验精度的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种防止试样在试验前变形影响试验精度的方法，将热力模拟试验机中的从动轴与液压缸之间的连接断开，将预先焊接有热电偶的试样夹持安装在2个压头之间，开启热力模拟试验机的试验控制程序，开始对试样进行加热，当试样被加热至试验最高温度时，使主动轴与从动轴之间具有0.1～2毫米的间距，当试样进入保温阶段时，主动轴与从动轴的间距趋于零；然后根据常规试验方法进行热力模拟试验。本发明可以有效防止试样在预加载力和较高加热温度的作用下，由于强度降低导致屈服而产生的试验前变形现象，从而提高热力模拟试验的精确度。

Description

一种防止试样在加热时变形影响试验精度的方法
技术领域
本发明涉及热力模拟试验技术领域，尤其涉及一种防止试样在加热时变形影响试验精度的方法。
背景技术
热力模拟试验机可以将试样当成电阻进行加热，通过与试样接触的锤头对试样进行加载，使试样变形，从而再现材料在制备或热加工过程中的受热、受力或同时受热及受力的物理过程，揭示材料或构件在热加工过程中的组织与性能变化规律。根据实验研究内容不同，试样的形状和尺寸各异，实验程序也有所不同。其中一种试样呈圆柱状，试样安装时需要较大的预加载力，以实现试样的可靠夹持，并保证试样所处电路导通。然而，当试样被加热到较高的温度或在较高温度下保温时，其强度会有较大幅度的下降，在较大预加载力的作用下，试样会发生屈服现象而产生变形，这种变形并不是试验要研究的变形，因此会导致后续加热变形过程中的变形量控制不准，同时也会影响到应力的测量以及组织的控制。
发明内容
本发明提供了一种防止试样在加热时变形影响试验精度的方法，可以有效防止试样在预加载力和较高加热温度的作用下，由于强度降低导致屈服而产生的试验前变形现象，从而提高热力模拟试验的精确度。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种防止试样在加热时变形影响试验精度的方法，包括如下步骤：
1)将热力模拟试验机中的从动轴与液压缸之间的连接断开，使主动轴单独由液压缸驱动沿轴向往复移动，而从动轴除了在气缸驱动下沿轴向往复移动外，还能够在主动轴作用下跟随主动轴向试样方向移动；
2)启动液压控制系统，液压缸通过主动轴带动从动轴移动，将预先焊接有热电偶的试样夹持安装在2个压头之间，2个压头相对设置，分别安装于从动轴的轴端及热力模拟试验机的固定端；预加载力为1000～1500牛顿，在室温下试样不会因预加载力而发生变形现象；
3)启动气缸控制系统，通过气缸带动从动轴向试样方向移动，使压头压紧试样，将预加载力增加到1200～2000牛顿，此时试样仍然不会因此预加载力而发生变形现象；
4)开启热力模拟试验机的试验控制程序，开始对试样进行加热，试样的强度随温度的升高而降低；当试样被加热至T1温度时，T1＝300～600℃，启动液压控制系统使主动轴向使试样卸载的方向移动，移动距离根据公式(1)和公式(2)确定；当试样被加热至试验最高温度T2时，使主动轴与从动轴之间具有0.1～2毫米的间距；
L2＝L1[1+α(T2-T1)] 公式(1)
ΔL＝L2-L1 公式(2)
式中，L1、L2分别是温度为T1、T2时对应的试样长度，α为试样的线膨胀系数，ΔL为主动轴与从动轴设定的间距；
由于主动轴与从动轴之间留有间距，主动轴与从动轴之间的载荷为零，试样上受到的载荷仅由驱动从动轴的气缸提供，通过调整气缸的气压，使试样受到的载荷力范围在100～500牛顿；
5)试样在加热过程中发生热膨胀，使主动轴与从动轴的间距减小，进入保温阶段时，启动液压控制系统调整主动轴使该间距为零，以保证后续试验时试样变形量的精确测量；
6)根据常规试验方法进行热力模拟试验。
预对试样进行压缩变形时，关闭气缸控制系统，启动液压控制系统通过主动轴带动从动轴对试样进行设定的压缩变形即可。
所述步骤4)对试样加热的过程中，若在某温度区间内试样的膨胀为非线性的，则将加热过程分为若干段，每段加热过程中，试样的膨胀视为线性膨胀。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明能够有效防止试样在加热时变形，避免了由于试样在加热时变形所导致试样原始长度减小。通常所述的变形量是试样的绝对变形量除以原始长度来计算的，若试样的原始长度发生了减小现象，绝对变形量不变，那最终试样实际得到的变形量将偏大，且此种情况下，试样发生的变形量由加热保温时的变形量和试验设计变形量两者之和，往往发生这两种变形的温度是不一样的，这也会造成得到试样内部组织偏差，因此，采用本发明所述方法能够避免上述试验偏差，大大提高试验精度。
附图说明
图1是本发明一种防止试样在加热时变形影响试验精度的方法的原理示意图。
图中：1.液压缸 2.主动轴 3.气缸 4.从动轴 5.试样 6.压头 7.热力模拟试验机固定端
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
本发明所述一种防止试样在加热时变形影响试验精度的方法，包括如下步骤：
1)如图1所示，将热力模拟试验机中的从动轴4与液压缸1之间的连接断开，使主动轴2单独由液压缸1驱动沿轴向往复移动，而从动轴4除了在气缸3驱动下沿轴向往复移动外，还能够在主动轴2作用下跟随主动轴2向试样5方向移动；
2)启动液压控制系统，液压缸1通过主动轴2带动从动轴4移动，将预先焊接有热电偶的试样5夹持安装在2个压头6之间，2个压头6相对设置，分别安装于从动轴4的轴端及热力模拟试验机的固定端7；预加载力为1000～1500牛顿，在室温下试样不会因预加载力而发生变形现象；
3)启动气缸控制系统，通过气缸3带动从动轴4向试样5方向移动，使压头6压紧试样5，将预加载力增加到1200～2000牛顿，此时试样5仍然不会因此预加载力而发生变形现象；
4)开启热力模拟试验机的试验控制程序，开始对试样5进行加热，试样5的强度随温度的升高而降低；当试样5被加热至T1温度时，T1＝300～600℃，启动液压控制系统使主动轴2向使试样5卸载的方向移动，移动距离根据公式(1)和公式(2)确定；当试样5被加热至试验最高温度T2时，使主动轴2与从动轴4之间具有0.1～2毫米的间距；
L2＝L1[1+α(T2-T1)] 公式(1)
ΔL＝L2-L1 公式(2)
式中，L1、L2分别是温度为T1、T2时对应的试样长度，α为试样的线膨胀系数，ΔL为主动轴与从动轴设定的间距；
由于主动轴2与从动轴4之间留有间距，主动轴2与从动轴4之间的载荷为零，试样5上受到的载荷仅由驱动从动轴4的气缸3提供，通过调整气缸3的气压，使试样5受到的载荷力范围在100～500牛顿；
5)试样5在加热过程中发生热膨胀，使主动轴2与从动轴4的间距减小，进入保温阶段时，启动液压控制系统调整主动轴2使该间距为零，以保证后续试验时试样5变形量的精确测量；
6)根据常规试验方法进行热力模拟试验。
预对试样5进行压缩变形时，关闭气缸控制系统，启动液压控制系统通过主动轴2带动从动轴4对试样5进行设定的压缩变形即可。
所述步骤4)对试样5加热的过程中，若在某温度区间内试样的膨胀为非线性的，则将加热过程分为若干段，每段加热过程中，试样5的膨胀视为线性膨胀。
主动轴2与从动轴4之间预先设定距离确定后，主动轴2与从动轴4之间的载荷为零，试样5上受到的载荷仅由连接于从动轴4上的气缸3提供，调整气缸3的气压，使试样5受到载荷力范围在100-500牛顿，由于试样5已被加热至较高温度，试样5与压头6之间的接触条件得到了改善，不会因夹持力不足而产生断路，即不会出现试样5无法被加热现象，同时由于试样5受到较小的预压力，以及主动轴2与从动轴4之间存在间隔，因此试样5不会因在加热或保温过程中的膨胀和强度降低而产生明显变形现象。
以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。下述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。
【实施例】
本实施例中，一种防止试样在加热时变形影响试验精度的方法具体如下：
1.将热力模拟试验机中原来由液压缸共同驱动的主动轴与从动轴分离(将从动轴与液压缸连接的轴承拆下)，使主动轴单独由液压缸驱动，并可以沿轴向往复移动，而从动轴除了随气缸移动外，仅在朝向试样方向跟随主动轴运动；
2.将预先焊接好热电偶的试样夹持在从动轴轴端压头与热力模拟试验机固定端压头之间，启动液压控制系统，通过主动轴带动从动轴向试样方向运动，使试样上的预加载力达到1300牛顿，试样尺寸为Ф6(直径)×15(长度)mm，材料为低碳微合金钢，测得500℃到1000℃时，其平均膨胀系数为4×10-5/℃；
3.打开气缸控制开关，使气缸带动从动轴向试样方向移动，通过从动轴上的压头压紧试样，调节气缸气压，使试样上的预加载力增加到1700牛顿；
4.开启试验控制程序开始对试样进行加热，当试样被加热至500℃时，启动液压控制系统移动主动轴，由于试样预加热的最高温度为1000℃，通过公式(1)和公式(2)进行计算，根据试样由500℃加热到1000℃时的膨胀量(即试样在加热过程中总的伸长量)确定主动轴与从动轴之间的间距为0.3毫米。调整气缸的气压，使试样受到的载荷力为150牛顿；
5.试样加热至1000℃，进入保温阶段，主动轴与从动轴的间距趋近于零，但仍有少许间隙，启动液压控制系统，调节主动轴使主动轴与从动轴间距为零，以保证后续的精确变形；保温3分钟后，测得试样发生的变形长度小于0.5毫米。
6.按照常规热力模拟试验程序进行试验。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种防止试样在加热时变形影响试验精度的方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)将热力模拟试验机中的从动轴与液压缸之间的连接断开，使主动轴单独由液压缸驱动沿轴向往复移动，而从动轴除了在气缸驱动下沿轴向往复移动外，还能够在主动轴作用下跟随主动轴向试样方向移动；
2)启动液压控制系统，液压缸通过主动轴带动从动轴移动，将预先焊接有热电偶的试样夹持安装在2个压头之间，2个压头相对设置，分别安装于从动轴的轴端及热力模拟试验机的固定端；预加载力为1000～1500牛顿，在室温下试样不会因预加载力而发生变形现象；
3)启动气缸控制系统，通过气缸带动从动轴向试样方向移动，使压头压紧试样，将预加载力增加到1200～2000牛顿，此时试样仍然不会因此预加载力而发生变形现象；
4)开启热力模拟试验机的试验控制程序，开始对试样进行加热，试样的强度随温度的升高而降低；当试样被加热至T1温度时，T1＝300～600℃，启动液压控制系统使主动轴向使试样卸载的方向移动，移动距离根据公式(1)和公式(2)确定；当试样被加热至试验最高温度T2时，使主动轴与从动轴之间具有0.1～2毫米的间距；
L2＝L1[1+α(T2-T1)] 公式(1)
ΔL＝L2-L1 公式(2)
式中，L1、L2分别是温度为T1、T2时对应的试样长度，α为试样的线膨胀系数，ΔL为主动轴与从动轴设定的间距；
由于主动轴与从动轴之间留有间距，主动轴与从动轴之间的载荷为零，试样上受到的载荷仅由驱动从动轴的气缸提供，通过调整气缸的气压，使试样受到的载荷力范围在100～500牛顿；
5)试样在加热过程中发生热膨胀，使主动轴与从动轴的间距减小，进入保温阶段时，启动液压控制系统调整主动轴使该间距为零，以保证后续试验时试样变形量的精确测量；
6)根据常规试验方法进行热力模拟试验。
2.根据权利要求1所述一种防止试样在加热时变形影响试验精度的方法，其特征在于，预对试样进行压缩变形时，关闭气缸控制系统，启动液压控制系统通过主动轴带动从动轴对试样进行设定的压缩变形即可。
3.根据权利要求1所述一种防止试样在加热时变形影响试验精度的方法，其特征在于，所述步骤4)对试样加热的过程中，若在某温度区间内试样的膨胀为非线性的，则将加热过程分为若干段，每段加热过程中，试样的膨胀视为线性膨胀。
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