CN112362493A - 一种薄板热压缩试验控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种薄板热压缩试验控制方法，将薄板样品卷成管状，对连接处进行焊接；将管状试样置于试验机中锁紧，将试样的两端封闭，两个封闭端上留有预留孔；试样在试验机中先升温，后通过一端的预留孔内腔通入流动的气体，实现试样的降温；试样达到需要的试验温度后，将出气端的预留孔封闭，控制试样内的压力恒定为P1；设置试验参数，对试样两端施压，进行压缩试验，压缩过程中，调整试样内的气体压力，维持压力恒定。本发明所述的薄板热压缩试验控制方法适用于高温板料的压缩试验，可为热压缩变形技术领域工程设计，CAE仿真提供基础数据。

Description

一种薄板热压缩试验控制方法
技术领域
本发明属于薄板压缩测试方法技术领域，尤其是涉及一种薄板热压缩试验控制方法。
背景技术
金属薄板压缩是材料准静态力性能测试的重要试验方法，可获取金属薄板的流变曲线(包含屈服、抗拉强度、延伸率等)及压缩弹性模量，该实验数据对于压缩相关成形技术方案设计具有重要意义。现有技术中都是在室温中进行薄板压缩试验，并没有涉及热成型技术领域的压缩试验，然而在热成形技术中，板料成形过程中部分区域是存在压缩变形现象，零部件成形后部分区域板料会加厚，因此对板料高温压缩过程中的流变应力、弹性模量等相关参数进行深入研究也是极其重要的；热压缩试验可以为热压缩变形技术领域工程设计，CAE仿真提供基础数据。
金属薄板进行压缩试验中，试样会承受压缩轴向载荷，会导致沿侧向产生弯曲应力，造成试样屈曲，板料失稳，试验测试过程失效。现有技术中室温下的压缩试验会采用防屈曲装置来防止试样屈曲，但防屈曲装置与薄板压缩区之间会接触，产生摩擦，且现有的室温下的压缩试验，无法适应高温板料的压缩。
如，专利CN 107727489 A公开了“一种金属薄板压缩的夹持固定装置”：通过夹持块限制薄板的屈曲过程，实验过程中薄板与夹持块之间发生接触；该方法无法实现高温板料的压缩变形，无法实现板料的升温降温过程，另外该方法中测试样品仅高于夹持块上表面5％，压缩变形量仅能实现5％。
再如，专利CN 106353181 A公开了“薄板压缩的非对称夹持装置与试验方法”：该装置通过弹簧施加侧向压力，能根据薄板厚度变化自动调整，试样两个截面与夹板接触，除产生摩擦力外，仍然无法实现高温板料的压缩。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种薄板热压缩试验控制方法，适用于高温板料的压缩试验，可为热压缩变形技术领域工程设计，CAE仿真提供基础数据；本发明所述方法解决了薄板高温压缩过程中板料屈曲失稳的问题，试样与防屈曲装置之间存在摩擦的问题，试样压缩区无接触降温的问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种薄板热压缩试验控制方法，包括如下步骤：
(1)将薄板样品卷成管状，对连接处进行焊接；
(2)将管状试样置于试验机中锁紧，将管状试样的两端封闭，两个封闭端上留有预留孔；
(3)管状试样在试验机中先升温，后通过管状试样的一端的预留孔向管状试样内腔通入流动的气体，实现管状试样的降温；
(4)当管状试样达到需要的试验温度后，将管状试样的出气端的预留孔封闭，控制管状试样内的压力恒定为P1；
(5)设置试验参数，对管状试样两端施压，进行压缩试验，压缩过程中，调整管状试样内的气体压力，维持压力恒定。
薄板一般为厚度范围0.3～2.5mm的薄板钢带，卷成管状的直径范围一般为10～30mm；
热压缩试验中根据实际实验条件，如先将试样升温到900℃，再通过气体的快速流动，将试样降温到试验温度，一般在400～850℃之间；气源压力和气体类型的选择需要根据实际需要的试验温度和冷却速率来确定，如当需要快些降温以达到目标试验温度时，可选择气源压力较大的气体，以实现快速流动，提高冷却速率，气体类型可以选择为氦气；如对冷却速率要求不高，可使用压缩空气流动，带走热量；
管状试样内的气体压力会随着压缩导致的体积变小而变大，为了保持管状试样内压力恒定，需要扣除管内气体气体体积变化产生的影响，管内气体压力变化ΔP＝nRT/ΔV，其中n是气体摩尔数，R是常量8.314，T是温度，ΔV为管内气体体积变化。
进一步的，所述试验机为管状试样提供热源，实现管状试样的升温和保温。
进一步的，所述试验机为Gleeble试验机，所述试验机通过导电加热或感应加热的方式为管状试样提供热源。
进一步的，所述步骤(3)中的P1的设定原则为：P1＜σs﹒h﹒5％/r，其中σs为材料屈服应力，h为材料厚度，r为管状试样半径。
进一步的，所述步骤(3)中通入的气体为氦气或压缩空气。
进一步的，所述步骤(4)中，维持压力恒定的方式为：通过泄压的方式消除压缩过程中管状试样内气体体积变化导致的压力变化的影响。
进一步的，所述泄压的方式为通过在管状试样的出气端的预留孔处设置的阀门来打开预留孔。
当压力超过P1时，打开阀门泄压。
一种用于薄板热压缩试验控制方法的辅助工具，包括A夹块、B夹块、C夹块、D夹块、A封头和B封头；所述A夹块和所述B夹块的对称面上均设有对称设置的半圆形通槽,所述A夹块和所述B夹块可夹持住管状试样的一端；所述C夹块和所述D夹块对称面上也均设有对称设置的半圆形通槽，所述C夹块和所述D夹块可夹持住管状试样的另一端；所述A封头或所述B封头上均设有预留孔，所述A封头或所述B封头可堵在管状试样的两端。
进一步的，与所述A封头或所述B封头的预留孔对应的位置处设有可控制所述预留孔启闭的阀门。如在预留孔处安装带有启闭阀门的出气管。
A夹块和B夹块夹持在管状试样的一端，C夹块和D夹块可夹持住管状试样的另一端，即试样的两端各自插入到上下两端的对称的半圆形通槽内，A夹块和B夹块，C夹块和D夹块的外侧则可直接由试验机的夹具锁紧，从而固定住试样；A封头和B封头用于堵住管状试样的两头，由于A封头或B封头上设有预留孔，可以通过预留孔向管状试样内腔通入具有一定压力的流动气体，实现降温，在达到试验温度后，堵住出气端的预留孔，当管状试样内的压力达到指定压力P1后，维持此压力，以确保试样在实验过程中受力时的稳定性。
相对于现有技术，本发明所述的薄板热压缩试验控制方法具有以下优势：
(1)本发明所述的薄板热压缩试验控制方法适用于高温板料的压缩试验，通过在管状试样内通入流动气体的方式进行对流降温，可实现试样压缩区无接触降温，配合试验机可更加准确的控制降温速率和试验温度，可为热压缩变形技术领域工程设计，CAE仿真提供基础数据，对于工程应用及试验测试有重要意义；
(2)本发明所述的薄板热压缩试验控制方法将薄板卷焊成管，管状试样内维持一定压力，可使试样在实验过程中更稳定，解决了薄板高温压缩失稳问，试验过程稳定性好，无需使用防屈曲装置，避免试样压缩区与防屈曲装置之间摩擦，数据更加准确。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的薄板热压缩试验安装示意图；
图2为本发明实施例所述的薄板热压缩工程应力应变曲线图。
附图标记说明：
1-管状试样；2-A封头；3-B封头；4-预留孔；5-A夹块；6-B夹块；7-C夹块；8-D夹块。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
以22MnB5型热成型钢为例，其目标是获得热成形钢高温压缩过程中的流变应力应变性能，具体实施方法如下：
1.将厚度为1.5mm的22MnB5型热成型钢带卷成直径为20mm，长度为100mm的管状试样1，对连接处进行焊接；
2.将管状试样1转移至试验机中，将A封头2和B封头3分别插在管状试样1的两端，A封头2和B封头3上设有预留孔4；将A夹块5和B夹块6包覆在管状试样1的一端，C夹块7和D夹块8包覆住管状试样1的另一端，再由试验机的夹具夹持锁紧A夹块5和B夹块6、C夹块7和D夹块8，从而固定住管状试样1，如图1所示；
3.对管状试样1进行导电加热，升温速率为15℃/s，升温至930℃，保温5min；
4.向管状试样1内通入气源压力为3Mpa的氦气，气体快速流动，对管状试样1进行降温，降温速度控制在45℃/s，降温至900℃(800℃、700℃)维持恒定；
5.控制管状试样1内压力达到1Mpa，封闭出气端的预留孔4，为压缩试验做准备；
6.设置试验参数，对管状试样1两端施压，进行压缩试验，压缩过程中，通过泄压的方式调整管状试样1内的气体压力，维持压力恒定在1Mpa，实验流变曲线见图2。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种薄板热压缩试验控制方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)将薄板样品卷成管状，对连接处进行焊接；
(2)将管状试样置于试验机中锁紧，将管状试样的两端封闭，两个封闭端上留有预留孔；
(3)管状试样在试验机中先升温，后通过管状试样的一端的预留孔向管状试样内腔通入流动的气体，实现管状试样的降温；
(4)当管状试样达到需要的试验温度后，将管状试样的出气端的预留孔封闭，控制管状试样内的压力恒定为P1；
(5)设置试验参数，对管状试样两端施压，进行压缩试验，压缩过程中，调整管状试样内的气体压力，维持压力恒定。
2.根据权利要求1所述的薄板热压缩试验控制方法，其特征在于：所述试验机为管状试样提供热源，实现管状试样的升温和保温。
3.根据权利要求2所述的薄板热压缩试验控制方法，其特征在于：所述试验机为Gleeble试验机，所述试验机通过导电加热或感应加热的方式为管状试样提供热源。
4.根据权利要求1所述的薄板热压缩试验控制方法，其特征在于：所述步骤(3)中的P1的设定原则为：P1＜σs﹒h﹒5％/r，其中σs为材料屈服应力，h为材料厚度，r为管状试样半径。
5.根据权利要求1所述的薄板热压缩试验控制方法，其特征在于：所述步骤(3)中通入的气体为氦气或压缩空气。
6.根据权利要求1所述的薄板热压缩试验控制方法，其特征在于：所述步骤(4)中，维持压力恒定的方式为：通过泄压的方式消除压缩过程中管状试样内气体体积变化导致的压力变化的影响。
7.根据权利要求6所述的薄板热压缩试验控制方法，其特征在于：所述泄压的方式为通过在管状试样的出气端的预留孔处设置的阀门来打开预留孔。
8.一种用于权利要求1所述的薄板热压缩试验控制方法的辅助工具，其特征在于：包括A夹块、B夹块、C夹块、D夹块、A封头和B封头；所述A夹块和所述B夹块的对称面上均设有对称设置的半圆形通槽,所述A夹块和所述B夹块可夹持住管状试样的一端；所述C夹块和所述D夹块对称面上也均设有对称设置的半圆形通槽，所述C夹块和所述D夹块可夹持住管状试样的另一端；所述A封头或所述B封头上均设有预留孔，所述A封头或所述B封头可堵在管状试样的两端。
9.根据权利要求8所述的薄板热压缩试验控制方法的辅助工具，其特征在于：与所述A封头或所述B封头的预留孔对应的位置处设有可控制所述预留孔启闭的阀门。
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