CN2874464Y - 一种致试样细晶化的高压扭转实验装置 - Google Patents

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上官丰收
洪友士
谢季佳
周承恩
武晓雷
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Abstract

本实用新型公开了一种致试样细晶化的高压扭转实验装置，包括：侧环和圆柱状的上、下砧头，上、下砧头分别安装在压力机的上、下压头上，所述上、下砧头之一可轴向转动，上、下砧头的端部为毛面，所述侧环套装在上、下砧头上，侧环与上、下砧头之间为零间隙配合。本实用新型侧环和砧头之间的配合设计成零间隙配合，承受压力P时砧头的直径变粗，它们之间的配合将变成过盈配合，这样试样材料在变形过程中很难从砧头和侧环的接触面之间挤出，保证了试样的厚度不会变化，因此够克服现有技术中加工过程的静水压力P不可控制，以及在处理过程的变形量难以定量分析的困难。

Description

一种致试样细晶化的高压扭转实验装置
技术领域
本实用新型涉及一种纳米结构金属材料的制备装置，特别涉及一种在材料试验机上使用的高压扭转〔High Pressure Torsion(HPT)〕夹持实验装置。
背景技术
利用剧烈塑性变形SPD技术(Progress in Materials，2000，45(2)：103～189)可以将金属材料的晶粒尺寸细化到亚微米甚至纳米量级。与其它纳米结构材料制备技术相比较，它可以获得无污染、全致密的块体试样，这对于纳米晶材料本征性能的研究以及将来的工业应用有重大的意义。
Zhorin等(1984)和Kuznetsov等(1985)首次采用了高压下剧烈扭转变形的方法进行实验，所用的装置如图1所示，砧头和砧座做成一体，形成具有凹坑的上、下砧骨。试样的直径和上、下砧骨的内径相当，试样的厚度大于上、下砧骨形成腔体的高度。这样在整个加载变形过程，试样材料将完全充满由上、下砧骨共同形成的空腔，并有部分试样材料从砧骨的接触面之间挤出。这样试样厚度将会变小〔一般会降到原始的一半(Progress in Materials，2000，45(2)：103～189)〕，试样的变形过程是压缩和扭转的复合变形，这样不便于变形的定量分析。静水压力P一般是由上、下砧骨之间施加一个恒定的载荷来实现的。在加载、变形过程中，从砧骨之间挤出的试样材料改变了承受载荷的面积。这样由于承受面积的变化，静水压力P的大小将发生变化。因此很难用量化研究HPT过程的工艺参数(变形量、压力)对晶粒细化的影响。
实用新型内容
针对上述存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种致试样细晶化的高压扭转实验装置，能够克服现有技术中加工过程的静水压力P不可控制，以及在处理过程的变形量难以定量分析的困难。
为实现上述目的，本实用新型一种致试样细晶化的高压扭转实验装置包括：侧环和圆柱状的上、下砧头，上、下砧头分别安装在压力机的上、下压头上，所述上、下砧头之一可轴向转动，上、下砧头的端部为毛面，所述侧环套装在上、下砧头上，侧环与上、下砧头之间为零间隙配合。
进一步地，所述侧环为内外双层结构，内层选择硬度和韧性都较高的材质，如工具钢；外层选择韧性较高的材质，如中碳钢或工具钢。
进一步地，所述工具钢的型号为ASSAB88。
进一步地，所述上砧头或下砧头通过推力轴承可转动安装在所述上压头或下压头上。
本实用新型的有益效果是：侧环和砧头之间的配合设计成零间隙配合，承受压力P时砧头的直径变粗，它们之间的配合将变成过盈配合，这样试样材料在变形过程中很难从砧头和侧环的接触面之间挤出，保证了试样的厚度不会变化，因此够克服现有技术中加工过程的静水压力P不可控制，以及在处理过程的变形量难以定量分析的困难；另外，模具侧环设计成双层环结构，有效提高侧环的承载能力，降低了对侧环材料强度的要求。
附图说明
图1为现有技术所采用的试验装置的结构示意图。
图2为本实用新型的结构示意图。
图3为采用本实用新型的试样HPT处理前的EBSD图。
图4为采用本实用新型的试样HPT处理后的EBSD图。
图5为晶粒细化程度(d/d0)沿试样径向分布曲线图。
具体实施方式：
如图2所示，本实用新型包括：侧环5和圆柱状的上、下砧头1、2，上、下砧头1、2分别安装在压力机的上、下压头3、4上，下砧头2与下压头4之间还安装有推力轴承(未示出)，通过该推力轴承下砧头2可轴向转动，上、下砧头1、2的端部为毛面，侧环5套装在上、下砧头1、2上，侧环5为内外双层结构，内层选择型号为ASSAB88的工具钢，其硬度和韧性都较高，外层选择中碳钢，其韧性较高，侧环5与上、下砧头1、2之间为零间隙配合。待处理试样6放置在侧环5内，上、下砧头1、2之间，待测试样6的直径与侧环5的内径相同。使用时，压力机向待测试样6施加1.2GPa的垂直压力，然后保持不变，并通过推力轴承转动砧头20.25、0.5、8、10圈。
其中，待处理试样6材料为纯铜T2(≥99.90％wt)，机加工成几何尺寸Φ8.00mm×0.86mm，再经过650℃真空退火100min，获得原始态试样。如下表所示，不同圈数HPT处理后纯铜试样6上晶粒尺寸分布：
                  表1不同圈数HPT处理后纯铜试样上晶粒尺寸分布单位：μm
  离试样中心的距离(mm)   n＝0.25   n＝0.5   n＝8   n＝10
  0.000.501.001.502.002.503.003.50   10.4313.357.815.715.692.701.501.36   10.528.314.162.721.791.650.900.86   80.470.410.520.330.270.260.27   7.400.550.470.370.480.330.330.28
经过HPT处理后，纯铜试样的晶粒尺寸从原始的13.24μm细化到0.27μm，晶粒尺寸细化将近两个量级。
图5为晶粒细化程度(d/d0)沿试样径向分布曲线图。
另外，对于样品的尺寸一般是直径为8～20mm，厚度为1-2mm。

Claims (4)

1、一种致试样细晶化的高压扭转实验装置，其特征在于，包括：侧环和圆柱状的上、下砧头，上、下砧头分别安装在压力机的上、下压头上，所述上、下砧头之一可轴向转动，上、下砧头的端部为毛面，所述侧环套装在上、下砧头上，侧环与上、下砧头之间为零间隙配合。
2、根据权利要求1所述的一种致试样细晶化的高压扭转实验装置，其特征在于，所述侧环为内外双层结构，内层为工具钢；外层为中碳钢或工具钢。
3、根据权利要求2所述的一种致试样细晶化的高压扭转实验装置，其特征在于，所述工具钢的型号为ASSAB88。
4、根据权利要求1至3任一所述的一种致试样细晶化的高压扭转实验装置，其特征在于，所述上砧头或下砧头通过推力轴承可转动安装在所述上压头或下压头上。
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WO2013044599A1 (zh) * 2011-09-30 2013-04-04 南京理工大学 利用劈尖原理实现管材高压切变的方法及其装置
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