用于熱模擬試驗中的墊片及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于熱模擬試驗中的墊片及其制備方法，屬于材料性能檢測領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]熱力模擬實驗機是一種用于研究材料在高溫下變形行為的實驗設(shè)備，主要有壓縮、拉伸、扭轉(zhuǎn)三種變形方式，其中壓縮變形的應(yīng)用最為廣泛，尤其是在金屬壓延加工行業(yè)，是制定加工工藝不可缺少的設(shè)備。但這種設(shè)備在進行壓縮試驗時存在兩個不利因素。一是試樣端部與壓頭之間的摩擦使得試樣在端部表面受到一個徑向約束力，使得試樣變形不均勻，從而產(chǎn)生鼓形并造成應(yīng)變的不均勻分布，使得無法得到準(zhǔn)確的組織。對于摩擦對變形的影響，通常采用變形后試樣中部直徑與試樣端部直徑比值d來描述，該比值越大，則表明摩擦對變形試樣變形不均勻影響越大，從而對應(yīng)變分布的影響越大，在理想情況下(無摩擦影響)該比值為1，而在不采取潤滑措施時該比值在1.3?1.4左右；二是壓頭的溫度較低，一般實驗前為室溫。而在壓縮實驗時，試樣會被加熱到800?1200°C左右。這樣試樣端部與壓頭之間存在熱傳導(dǎo)，從而使得試樣端部溫度偏低，導(dǎo)致試樣整體變形不均勻，導(dǎo)致試驗無法獲得準(zhǔn)確的組織和變形抗力。對于端部冷卻影響的評價，通常使用保持原試樣直徑尺寸部位的長度與原始試樣長度的比值s這個標(biāo)準(zhǔn)，該比值越大端部冷卻的影響越大。在理想情況下(即無端部冷卻時)該比值為0，而在某些熱傳導(dǎo)系數(shù)較低的材料中該比值可達
0.4左右。
[0003]傳統(tǒng)上人們對于摩擦對熱模擬實驗的認(rèn)識較為充分，所以采取了多種手段來減少摩擦的影響，如在試樣與壓頭中間放置純石墨片等潤滑劑來減少摩擦力。但這種措施雖然有效地減少了摩擦力，但對減少由于樣品與壓頭之間的熱傳導(dǎo)導(dǎo)致的試樣端部溫度不均勻造成的變形不均勻卻沒有任何效果。這是因為石墨片在裝夾時只能是常溫裝夾，石墨片本身不能被感應(yīng)加熱，因此當(dāng)試樣被加熱到高溫時(900?1200°C )，由于試樣與石墨片存在較大溫差導(dǎo)致二者之間的熱傳導(dǎo)會造成試樣端部冷卻，因此石墨片只能起到減少摩擦而無法改變端部冷卻問題。由于試樣是被感應(yīng)加熱的，因此在試樣與壓頭之間加裝金屬片是一個解決試樣端部溫度較低造成的試樣變形不均勻問題的有效手段。但在高溫下金屬墊片與金屬制樣之間會產(chǎn)生一個較大的摩擦力，導(dǎo)致從而產(chǎn)生不利的影響。這種摩擦力的產(chǎn)生主要是因為金屬墊片不能隨意變形，從而對試樣產(chǎn)生約束。因此到目前為止還沒有一種有效的手段可以同時解決摩擦和端部冷卻的問題，有很多研究也在這方面做了嘗試，如中國專利CN101182862提出了一種金屬+石墨表面的墊片，它是由鋅合金基體和固體潤滑材料鑲嵌在一起構(gòu)成，它的特點還是在于在金屬上使用了石墨棒來作為潤滑，與傳統(tǒng)使用石墨片進行潤滑是同一原理。這種方法的缺陷在于只能解決潤滑問題，而對于端部冷卻問題造成的試樣變形不均勻問題卻無能為力。中國專利CN101780551A提出了一種常溫潤滑片，該潤滑片具有形成于基材上的潤滑樹脂層，該潤滑樹脂層包含對水的溶解度不同的兩種以上的水溶性樹脂，且通過微相分離而形成，該專利的特征在于使用樹脂材料進行潤滑，但該種墊片由于熔點較低，因此無法在高溫使用，而熱模擬試樣通常在700°C以上進行。中國專利CN1257908提出一種金屬熱塑性加工用的潤滑劑，特別是一種金屬熱加工用不含石墨的潤滑劑。該技術(shù)存在兩個問題，第一是在常溫時為液態(tài)，在熱模擬試驗時無法裝夾。而是可以改善摩擦問題，但對試樣端部冷卻問題造成的試樣變形不均勻問題沒有效果。中國專利CN1468944提出一種高溫合金管材熱擠壓專用玻璃潤滑劑，該技術(shù)不僅具有高溫潤滑作用，還具有隔熱作用，減輕了坯料溫度的降低；而且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不與坯料金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；在使用溫度下本發(fā)明潤滑劑成粘稠狀，潤滑效果良好。從而提高了產(chǎn)品質(zhì)量，提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。實驗表明，采用該技術(shù)比采用其它潤滑劑擠壓凹模的壽命提高一倍以上；擠壓管坯表明質(zhì)量達到要求；與其它潤滑劑相比擠壓力降低18%，降低了能源消耗；減緩坯料表面溫度的降低，提高了材料的塑性。與現(xiàn)采用的鉆孔冷乳方法相比，材料可節(jié)約10%以上，效率可提高100%以上，成本降低40%以上。該技術(shù)提出了其潤滑劑不但有潤滑作用，并且還存在隔熱作用。但由于其本身不能被感應(yīng)加熱，因此其與試樣之間必然存在較大的溫度差，因此熱傳導(dǎo)不可避免，必然造成試樣端部溫度低于心部的問題，從而導(dǎo)致造成的試樣變形不均勻。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提出一種墊片，可有效地解決采用感應(yīng)加熱方式的熱模擬試驗機在實驗過程中由于摩擦和端部冷卻所導(dǎo)致的試樣變形不均問題，從而提高熱模擬實驗結(jié)果的準(zhǔn)確性和精度。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過如下方案實現(xiàn):
[0006]用于減少熱模擬試驗中摩擦與冷卻所導(dǎo)致的樣品變形不均勻的墊片，由按重量百分?jǐn)?shù)計的如下組分組成:
[0007]金屬粉末:60?70%;
[0008]玻璃粉末:25?35%;
[0009]粘結(jié)劑: 3?5%;
[0010]其中，所述金屬粉末和玻璃粉末的粒徑均為微納級，即粉末的粒徑為納米到微米級。
[0011]首先，由于金屬粉末的存在，該墊片可被感應(yīng)加熱，達到較高的與試樣接近的溫度，隔絕壓頭與試樣之間的熱傳導(dǎo)，從而緩解現(xiàn)有技術(shù)中試樣端部冷卻對熱模擬實驗結(jié)果造成的不利影響。它與現(xiàn)有技術(shù)的不同在于金屬粉末的存在，因此可被感應(yīng)加熱，使得墊片與試樣間的溫度差減少，從而在起到潤滑效果的同時，可以顯著改善試樣由于與墊片間的熱傳導(dǎo)導(dǎo)致的試樣端部冷卻造成的試樣變形不均勻問題。
[0012]其次，由于玻璃粉末的存在，使用該墊片不但可以解決端部冷卻問題還可以減少壓頭與試樣之間的摩擦系數(shù)。這是因為玻璃粉在實驗溫度(800?1200°C時)會呈現(xiàn)熔融狀態(tài)，減少壓頭與試樣間的摩擦，緩解摩擦對熱模擬實驗帶來的不利影響。綜上所述，使用該墊片可同時緩解摩擦和端部冷卻對熱模擬實驗結(jié)果帶來的不利影響。
[0013]作為優(yōu)選方案，所述金屬粉末與樣品的成分一致。
[0014]作為優(yōu)選方案，所述粘結(jié)劑包括聚乙烯醇縮丁醛、聚乙二醇和聚維酮中的至少一種。
[0015]—種如本發(fā)明所述用于減少熱模擬試驗中摩擦與冷卻所導(dǎo)致的樣品變形不均勻的墊片的制備方法，其包括如下步驟:
[0016]首先將金屬粉末與玻璃粉末充分混合，然后加入粘結(jié)劑，充分?jǐn)嚢韬筮M行壓片，制得薄片，即為用于減少熱模擬試驗中摩擦與冷卻所導(dǎo)致的樣品變形不均勻的墊片。
[0017]作為優(yōu)選方案，所述薄片的直徑為10?14mm，高度為I?2mm。
[0018]本發(fā)明的優(yōu)點在于:
[0019]首先，由于金屬粉末的存在，該墊片可被感應(yīng)加熱，達到較高的與試樣接近的溫度，隔絕壓頭與試樣之間的熱傳導(dǎo)，從而緩解現(xiàn)有技術(shù)中試樣端部冷卻對熱模擬實驗結(jié)果造成的不利影響。它與現(xiàn)有技術(shù)的不同在于金屬粉末的存在，因此可被感應(yīng)加熱，使得墊片與試樣間的溫度差減少，從而在起到潤滑效果的同時，可以顯著改善試樣由于與墊片間的熱傳導(dǎo)導(dǎo)致的試樣端部冷卻造成的試樣變形不均勻問題。
[0020]其次，由于玻璃粉末的存在，使用該墊片不但可以解決端部冷卻問題