CN112729978A - 用于Gleeble热模拟试验机压缩实验快速冷却方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于Gleeble热模拟试验机压缩实验快速冷却方法，具体包括以下步骤：将材料按规定加工成Ф10×15mm标准试样后，按要求安装好试样，并安装好吹气装置，整个腔体内经抽真空、充氩气后，按提前编好的程序进行试验。在对试样进行冷却时，先对试样进行10‑15s喷气冷却操作，再打开试验舱门，用镊子夹持试样放至在装有水的水桶中，完成淬火试验，获得马氏体组织。本发明与传统冷却方法相比，一方面操作简单、成本低，能够达到冷速要求，保证试样获得马氏体组织；另一方面既避免了直接喷气冷却时冷速达不到要求的问题，又避免了直接在腔体内进行水冷时设备清理耗时耗力的问题。
Description
技术领域
本专利申请属于热模拟物理试验技术领域，更具体地说，是涉及用于Gleeble热模拟试验机压缩实验快速冷却方法。
背景技术
美国DSI生产的Gleeble3800热模拟试验机是目前比较先进的物理模拟设备，它可以用来进行多种物理模拟分析试验，在对金属材料性能测试方面发挥了重要作用。
热压缩实验可以用来描述金属的轧制、锻造过程，其在材料强度测试、性能分析等方面应用广泛。压缩完成后材料的组织形态等信息是分析材料性能的重要手段，而不同冷却速度会影响材料的组织。慢冷速冷却靠设备自身内循环冷却水便可以达到，而对于快速冷却是较难实现的，进而无法完全获得马氏体组织。如果仅采用喷气冷却，对于某些金属材料，冷速依然达不到，无法获得马氏体组织；如果直接采用喷水冷却，不仅容易造成砧子淬裂，而且试验结束后需要花费大量时间清理试验腔，且长时间会对设备有一定的损坏。中国专利201110192682.7公开了一种对压缩试样进行急速水淬的试验方法，该方法是在高温下直接将试样取出放入水桶中，然而在取试样时易发生粘连现象，即试样与砧子粘在一块，可见此方法仍不可行。为此，开发一种合理有效的快速冷却方法成为了亟待解决的问题。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供用于Gleeble热模拟试验机压缩实验快速冷却方法，既能达到快速冷却的目的、又能不损坏设备和耗材。
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案是：
用于Gleeble热模拟试验机压缩实验快速冷却方法，按如下步骤进行；
S1、将材料按要求加工成标准的试样；
S2、将正负两根电偶丝焊接在试样中心位置上，此处为试样沿轴向的中心位置上，两个焊点间隔1~2mm，并将焊点处裸露的电偶丝用加热管套上；
S3、将试样装卡在两个压头的砧头之间，并施加-30kgf~ -50kgf的力值使试样保持夹紧，以保证试样加热均匀且在吹气时不轻易掉落；
S4、将吹气装置按要求装在Gleeble热模拟试验机的腔体中，腔体内的上下两个喷口对准试样，以备后续冷却试样用；
S5、为避免试样出现氧化现象，试验前对腔体进行抽真空、充保护气操作，从而在腔体内形成保护气氛；
S6、利用热模拟试验机自带的TAB程序按工艺编制试验程序，以满足压缩变形结束后对试样进行10~15s吹气操作的步骤；
S7、按如下工艺进行试验：将试样升温到1200~1280℃（压缩试验加热温度不宜过高，应控制在不到1400℃，否则试样会熔化），保温数分钟，然后逐步降温至压缩温度，在压缩温度停留数秒后对试样进行逐步压缩；
S8、试验结束时，立即对试样进行10~15s喷气冷却操作，随即再将试样放至在装有水的水桶中，完成淬火试验；
S9、分析处理采集到的温度、应力、应变数据，得到不同温度下的冷却曲线、应力应变曲线；
S10、将压缩后的试样沿轴向切开，经镶嵌、磨抛后，用硝酸酒精侵蚀，通过金相显微镜观察金相组织。
进一步地，S1中，试样为圆柱体形状，规格为Ф10×15mm，试样的材料为Q690工程机械用钢。
进一步地，S2中，试样中心位置是指试样轴向方向的中心位置，加热管为石英管，电偶丝采用k型电偶丝。
进一步地，S3中，安装试样过程中，在两个压头的砧头上均依次涂抹高温润滑剂、粘贴一片坦片和一片石墨片，从而使石墨片与试样接触，以减少摩擦。
进一步地，S5中，将腔体抽真空到2×10-1torr后充入保护气，保护气为氩气或氮气。
进一步地，S7中，将试样以10℃/s的速度升温到1250℃，保温3min，然后以5℃/s的速度降温至多个不同的压缩温度，在每个压缩温度下各停留30s后以1/s的应变速率对试样进行50%的压缩。
进一步地，压缩温度为七个，压缩温度分别为1150℃、1100℃、1050℃、1000℃、950℃、900℃、850℃。
进一步地，S8中，用镊子夹持试样放至在装有水的水桶中，完成淬火试验。
进一步地，S10中，将压缩后的试样沿轴向切开，用240~1000#砂纸研磨，用金刚石抛光膏抛光，用4%硝酸酒精侵蚀。
由于采用了上述技术方案，本发明取得的有益效果是：
本发明在不损坏设备、耗材的情况下实现了对试样的快速冷却，该方法在保证达到获得马氏体组织的冷速外，又避免了清理腔体、避免试样与砧子的粘连问题；且试验成本低，操作简单，成功率高，试验数据准确、可靠，具有较高的推广应用价值。
附图说明
图1为本发明中试样的结构示意图；
图2为试样不同温度下的应力应变曲线；
图3为试样在1100℃时500倍下的金相组织。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细说明。
本发明公开了用于Gleeble热模拟试验机压缩实验快速冷却方法，参见图1~图3，按如下步骤进行；
S1、将材料按要求加工成标准的试样；
S2、将正负两根电偶丝焊接在试样（沿轴向的）中心位置，两个焊点间隔1~2mm，并将焊点处裸露的电偶丝用加热管套上；
S3、将试样装卡在两个压头的砧头之间，并施加-30kgf~-50kgf的力值使试样保持夹紧，以保证试样加热均匀且在吹气时不轻易掉落；
S4、将吹气装置按要求装在Gleeble热模拟试验机的腔体中，腔体内的上下两个喷口对准试样，以备后续冷却试样用；
S5、为避免试样出现氧化现象，试验前对腔体进行抽真空、充保护气操作，从而在腔体内形成保护气氛；
S6、利用热模拟试验机自带的TAB程序按工艺编制试验程序，以满足压缩变形结束后对试样进行10~15s吹气操作的步骤；
S7、按如下工艺进行试验：将试样升温到1200~1400℃，保温数分钟，然后逐步降温至压缩温度，在压缩温度停留数秒后对试样进行逐步压缩；
S8、试验结束时，立即对试样进行10~15s喷气冷却操作，随即再将试样放至在装有水的水桶中，完成淬火试验；
S9、分析处理采集到的温度、应力、应变数据，得到不同温度下的冷却曲线、应力应变曲线；
S10、将压缩后的试样沿轴向切开，经镶嵌、磨抛后，用硝酸酒精侵蚀，通过金相显微镜观察金相组织。
S1中，试样为圆柱体形状，规格为Ф10×15mm，试样的材料为Q690工程机械用钢。
S2中，试样中心位置是指试样轴向方向的中心位置，加热管为石英管，电偶丝采用k型电偶丝。
S3中，安装试样过程中，在两个压头的砧头上均依次涂抹高温润滑剂、粘贴一片坦片和一片石墨片，从而使石墨片与试样接触，以减少摩擦。
S5中，将腔体抽真空到2×10-1torr后充入保护气，保护气为氩气或氮气。
S7中，将试样以10℃/s的速度升温到1250~1300℃，保温3min，然后以5℃/s的速度降温至多个不同的压缩温度，在每个压缩温度下各停留30s后以1/s的应变速率对试样进行50%的压缩。
具体的，压缩温度为七个，压缩温度分别为1150℃、1100℃、1050℃、1000℃、950℃、900℃、850℃。
S8中，用镊子夹持试样放至在装有水的水桶中，完成淬火试验。
S10中，将压缩后的试样沿轴向切开，用240~1000#砂纸研磨，用金刚石抛光膏抛光，用4%硝酸酒精侵蚀。
下面结合附图1-3和具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
本实施例以Q690工程机械用钢为材料，热模拟试验机型号为Gleeble3800，试验要求获得完全马氏体组织，因此必须进行快速冷却，具体试验步骤如下：
采用Gleeble3800热模拟试验机进行试验，试样为Ф10×15mm的圆柱，参见图1。
将正负两根k型电偶丝焊接在试样中心位置，并将焊点处裸露的电偶丝用石英管套上。
将试样装卡在两个压头之间，并施加-30kgf~-50kgf的力值使试样保持加紧，以保证加热均匀且在喷气冷却时不轻易掉落。压头由原厂提供的底座和砧子组成，且每端底座和砧子中间放置四片石墨片（四片石墨片是每端四个，相应的在S3中，石墨片一片即可）。压头的底座为原厂提供的两块楔形耐高温夹具。
将喷气冷却装置按要求装在腔体中，上下两个喷口对准试样，以备后续冷却试样用。
为避免试样出现氧化现象，抽真空到一定值（2×10-1torr）后充入氩气，在腔体内形成保护气氛；
利用设备自带的TAB程序按工艺编制试验程序，按如下工艺进行试验：
1)将试样以10℃/s升温到1250℃，保温3min，以5℃/s降温至1150、1100、1050、1000、950、900、850℃压缩温度，在压缩温度停留30s后以1/s的应变速率对试样进行50%的压缩变形；
2)试验结束时，立即对试样进行10~15s喷气冷却操作，然后按quench1键，手动停止喷气操作；
3)打开试验舱门，用镊子夹持试样放至在装有水的水桶中，完成淬火试验；
4)分析处理采集到的温度、应力、应变数据，得到不同温度下的冷却曲线、应力应变曲线，如图2所示；
5)将压缩后的试样沿轴向切开，用240~1000#砂纸研磨，用金刚石抛光膏抛光，用4%硝酸酒精侵蚀，通过金相显微镜观察金相组织。
对试样进行金相组织观察，为典型的淬火组织-马氏体组织，如图3所示。
本发明的实施效果较好，既得到了淬火组织马氏体，又避免了损坏设备和耗材，试验结果准确、效率高。
Claims (9)
1.用于Gleeble热模拟试验机压缩实验快速冷却方法，其特征在于：按如下步骤进行；
S1、将材料按要求加工成标准的试样；
S2、将正负两根电偶丝焊接在试样中心位置上，两个焊点间隔1~2mm，并将焊点处裸露的电偶丝用加热管套上；
S3、将试样装卡在两个压头的砧头之间，并施加-30kgf~ -50kgf的力值使试样保持夹紧，以保证试样加热均匀且在吹气时不轻易掉落；
S4、将吹气装置按要求装在Gleeble热模拟试验机的腔体中，腔体内的上下两个喷口对准试样，以备后续冷却试样用；
S5、为避免试样出现氧化现象，试验前对腔体进行抽真空、充保护气操作，从而在腔体内形成保护气氛；
S6、利用热模拟试验机自带的TAB程序按工艺编制试验程序；
S7、按如下工艺进行试验：将试样升温到1200~1280℃，保温数分钟，然后逐步降温至压缩温度，在压缩温度停留数秒后对试样进行逐步压缩；
S8、试验结束时，立即对试样进行10~15s喷气冷却操作，随即再将试样放至在装有水的水桶中，完成淬火试验；
S9、分析处理采集到的温度、应力、应变数据，得到不同温度下的冷却曲线、应力应变曲线；
S10、将压缩后的试样沿轴向切开，经镶嵌、磨抛后，用硝酸酒精侵蚀，通过金相显微镜观察金相组织。
2.根据权利要求1所述的用于Gleeble热模拟试验机压缩实验快速冷却方法，其特征在于：S1中，试样为圆柱体形状，规格为Ф10×15mm，试样的材料为Q690工程机械用钢。
3.根据权利要求2所述的用于Gleeble热模拟试验机压缩实验快速冷却方法，其特征在于：S2中，试样中心位置是指试样轴向方向的中心位置，加热管为石英管，电偶丝采用k型电偶丝。
4.根据权利要求3所述的用于Gleeble热模拟试验机压缩实验快速冷却方法，其特征在于：S3中，安装试样过程中，在两个压头的砧头上均依次涂抹高温润滑剂、粘贴一片坦片和一片石墨片，从而使石墨片与试样接触，以减少摩擦。
5.根据权利要求4所述的用于Gleeble热模拟试验机压缩实验快速冷却方法，其特征在于：S5中，将腔体抽真空到2×10-1torr后充入保护气，保护气为氩气或氮气。
6.根据权利要求1-5任一项所述的用于Gleeble热模拟试验机压缩实验快速冷却方法，其特征在于：S7中，将试样以10℃/s的速度升温到1250℃，保温3min，然后以5℃/s的速度降温至多个不同的压缩温度，在每个压缩温度下各停留30s后以1/s的应变速率对试样进行50%的压缩。
7.根据权利要求6所述的用于Gleeble热模拟试验机压缩实验快速冷却方法，其特征在于：压缩温度为七个，压缩温度分别为1150℃、1100℃、1050℃、1000℃、950℃、900℃、850℃。
8.根据权利要求1所述的用于Gleeble热模拟试验机压缩实验快速冷却方法，其特征在于：S8中，用镊子夹持试样放至在装有水的水桶中，完成淬火试验。
9.根据权利要求1所述的用于Gleeble热模拟试验机压缩实验快速冷却方法，其特征在于：S10中，将压缩后的试样沿轴向切开，用240~1000#砂纸研磨，用金刚石抛光膏抛光，用4%硝酸酒精侵蚀。
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