熱模擬平面應(yīng)變試樣及該試樣的冷卻方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種熱模擬平面應(yīng)變試樣，它的左側(cè)冷卻輔助區(qū)內(nèi)開設(shè)有第一水平螺孔以及與第一水平螺孔連通的第一垂直螺孔和第二垂直螺孔，右側(cè)冷卻輔助區(qū)內(nèi)開設(shè)有第二水平螺孔以及與第二水平螺孔連通的第三垂直螺孔和第四垂直螺孔，冷卻水連接管的一端通過水管接頭螺紋連接第二垂直螺孔，冷卻水連接管的另一端通過水管接頭螺紋連接第四垂直螺孔，冷卻水輸入管通過水管接頭螺紋連接第一垂直螺孔，冷卻水輸出管通過水管接頭螺紋連接第三垂直螺孔，第一水平螺孔和第二水平螺孔的開口均螺紋連接有螺紋堵頭。本發(fā)明以通水冷卻方式為主，以氣體冷卻方式為輔，可對大平面應(yīng)變試樣進行快速及可控冷卻。
【專利說明】熱模擬平面應(yīng)變試樣及該試樣的冷卻方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及材料熱加工物理模擬【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地指一種熱模擬平面應(yīng)變試樣及該試樣的冷卻方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著板帶鋼的產(chǎn)量以及需求不斷的增大，開發(fā)新品種、降低成本已成為鋼鐵行業(yè)急需解決的問題。熱力模擬試驗機作為新品種的開發(fā)以及工藝的優(yōu)化的主要手段在材料研究領(lǐng)域起了至關(guān)重要的作用，由于平面應(yīng)變壓縮試驗的應(yīng)力狀態(tài)、變形狀態(tài)及熱傳導(dǎo)等更接近軋制，平面應(yīng)變壓縮試驗廣泛地應(yīng)用于軋制的模擬。目前人們通常采用較小尺寸試樣進行平面應(yīng)變試驗研究，但是小試樣平面應(yīng)變技術(shù)與軋制現(xiàn)場差別很大。如試樣的厚度很小，無法與現(xiàn)場試樣相比；而且變形量很小，無法對材料進行多道次大壓下的實驗；同時試樣比較小，實驗后的試樣僅能做顯微分析與硬度分析，無法用來做隨后的拉伸、沖擊等實驗分析，不能很好地將材料的組織與性能結(jié)合。
[0003]由于采用電阻和高頻感應(yīng)的復(fù)合加熱方式，新型的Thermecmastor-Z熱模擬試驗機可采用規(guī)格為20 X 20 X 140mm、30 X 30 X 140mm的大尺寸平面應(yīng)變試樣進行試驗。但是大尺寸的試樣體積較大，因此熱容大，很難對其進行可控冷速下的快速降溫。采用設(shè)備自帶的冷卻系統(tǒng)進行氦氣強制冷卻，對于30 X 30 X 140mm尺寸試樣，也只能達到6 V /s的冷卻速度，完全不能滿足控冷實驗所需的高冷速要求。而采用設(shè)備自帶的水冷方式雖然冷卻速度較快，但是冷卻速度不可控，且在試驗后對試驗腔體的干燥工序費時費力。
[0004]專利號為ZL 200720067245.1的實用新型提供一種熱模擬試驗機的試樣急冷裝置，主要是解決急冷時因噴頭與試樣對不準(zhǔn)，冷卻介質(zhì)無法直接噴向試樣導(dǎo)致試樣達不到預(yù)期冷卻效果的問題。授權(quán)號為CN 201535733U的實用新型提供一種熱模擬試驗機試樣的噴嘴式冷卻裝置，主要是通過調(diào)整噴嘴與試樣的相對位置實現(xiàn)較好的冷卻效果。以上兩種方式均不能有效解決大尺寸試樣快速可控冷卻的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的就是要提供一種熱模擬平面應(yīng)變試樣及該試樣的冷卻方法，本發(fā)明以通水冷卻方式為主，以氣體冷卻方式為輔，可對大平面應(yīng)變試樣進行快速及可控冷卻。
[0006]為實現(xiàn)此目的，本發(fā)明所設(shè)計的熱模擬平面應(yīng)變試樣，它包括熱模擬應(yīng)變試樣，其特征在于:它還包括冷卻水連接管、冷卻水輸入管、冷卻水輸出管，所述熱模擬應(yīng)變試樣包括左側(cè)冷卻輔助區(qū)、右側(cè)冷卻輔助區(qū)、設(shè)置在左側(cè)冷卻輔助區(qū)和右側(cè)冷卻輔助區(qū)之間的中部加工變形區(qū)，所述左側(cè)冷卻輔助區(qū)內(nèi)開設(shè)有第一水平螺孔以及與第一水平螺孔連通的第一垂直螺孔和第二垂直螺孔，所述右側(cè)冷卻輔助區(qū)內(nèi)開設(shè)有第二水平螺孔以及與第二水平螺孔連通的第三垂直螺孔和第四垂直螺孔，所述冷卻水連接管的一端通過水管接頭螺紋連接第二垂直螺孔，冷卻水連接管的另一端通過水管接頭螺紋連接第四垂直螺孔，所述冷卻水輸入管通過水管接頭螺紋連接第一垂直螺孔，所述冷卻水輸出管通過水管接頭螺紋連接第三垂直螺孔，所述第一水平螺孔和第二水平螺孔的開口均螺紋連接有螺紋堵頭。
[0007]進一步地，所述中部加工變形區(qū)開設(shè)有周向凹槽。
[0008]進一步地，所述第一垂直螺孔和第二垂直螺孔之間的距離為30?40mm，所述第三垂直螺孔和第四垂直螺孔之間的距離為30?40mm。
[0009]進一步地，所述第一水平螺孔的直徑范圍為8?12mm，第二水平螺孔的直徑范圍為8?12mm。
[0010]進一步地，所述中部加工變形區(qū)的長度范圍為20mm，中部加工變形區(qū)的橫截面為正方形或矩形。
[0011]一種上述熱模擬平面應(yīng)變試樣的冷卻方法，其特征在于，它包括如下步驟:
[0012]步驟1:將冷卻水輸入管接入熱模擬試驗機的冷卻水系統(tǒng)循環(huán)水輸出端，將冷卻水輸出管接入熱模擬試驗機的冷卻水系統(tǒng)循環(huán)水輸入端；
[0013]步驟2:在熱模擬應(yīng)變試樣進行平面應(yīng)變試驗時，通過熱模擬試驗機的冷卻水系統(tǒng)使熱模擬應(yīng)變試樣內(nèi)的冷卻水循環(huán)回路接通，冷卻水由熱模擬試驗機的冷卻水系統(tǒng)循環(huán)水輸出端進入第一垂直螺孔，然后依次經(jīng)過第一水平螺孔、第二垂直螺孔、冷卻水連接管、第四垂直螺孔、第二水平螺孔和第三垂直螺孔后回到熱模擬試驗機的冷卻水系統(tǒng)中，形成熱模擬應(yīng)變試樣內(nèi)的冷卻水循環(huán)，并且，在上述熱模擬應(yīng)變試樣內(nèi)的冷卻水循環(huán)過程中，通過熱模擬試驗機的噴氣冷卻系統(tǒng)和高頻加熱補償系統(tǒng)對熱模擬應(yīng)變試樣的冷卻速度進行調(diào)節(jié)及控制；
[0014]所述熱模擬應(yīng)變試樣內(nèi)的冷卻水循環(huán)過程中的冷卻水溫度范圍為20?40°C，冷卻水水壓范圍為0.3MPa?1.5MPa ；
[0015]所述步驟2中，通過熱模擬試驗機的噴氣冷卻系統(tǒng)和高頻加熱補償系統(tǒng)能使熱模擬應(yīng)變試樣的最大冷卻速度達到50±1°C /s。
[0016]本發(fā)明的有益效果:
[0017](I)通過試樣內(nèi)部的循環(huán)水冷卻以及熱模擬試驗機自帶的噴氣冷卻系統(tǒng)可以實現(xiàn)對大尺寸平面應(yīng)變試樣的快速冷卻，通過熱模擬試驗機自帶的高頻加熱補償系統(tǒng)可以實現(xiàn)控溫，因此最終實現(xiàn)大平面應(yīng)變試樣的快速可控冷卻，對于30 X 30 X 140mm尺寸試樣，試樣的加工變形區(qū)冷卻速度可以達到50°C /s以上。
[0018](2)試樣內(nèi)部的循環(huán)水冷卻，可以避免傳統(tǒng)水冷方式(即直接往熱模擬應(yīng)變試樣上淋水進行冷卻)導(dǎo)致的試驗艙潮濕，免去了費時費力的干燥工序，提高了實驗效率。
[0019](3)只需對試樣進行常規(guī)的機加工處理(即加工上述冷卻水經(jīng)過的螺孔)，冷卻水系統(tǒng)、噴氣冷卻系統(tǒng)和高頻加熱補償系統(tǒng)均為熱模擬設(shè)備已具備的現(xiàn)有部分，不需要額外增加新的設(shè)備。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2為本發(fā)明中熱模擬應(yīng)變試樣的俯視圖。
[0022]其中，I一熱模擬應(yīng)變試樣、2—左側(cè)冷卻輔助區(qū)、3—中部加工變形區(qū)、4一右側(cè)冷卻輔助區(qū)、5—第一垂直螺孔、6—第二垂直螺孔、7—第二水平螺孔、8—第三垂直螺孔、9 一第四垂直螺孔、10—冷卻水連接管、11 一冷卻水輸入管、12—冷卻水輸出管、13—水管接頭、 14 一螺紋堵頭、15—周向凹槽、16—第一水平螺孔。

【具體實施方式】
[0023]以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明:
[0024]如圖1和圖2所示熱模擬平面應(yīng)變試樣，它包括熱模擬應(yīng)變試樣1，它還包括冷卻水連接管10、冷卻水輸入管11、冷卻水輸出管12，所述熱模擬應(yīng)變試樣I包括左側(cè)冷卻輔助區(qū)2、右側(cè)冷卻輔助區(qū)4、設(shè)置在左側(cè)冷卻輔助區(qū)2和右側(cè)冷卻輔助區(qū)4之間的中部加工變形區(qū)3，所述左側(cè)冷卻輔助區(qū)2內(nèi)開設(shè)有第一水平螺孔16以及與第一水平螺孔16連通的第一垂直螺孔5和第二垂直螺孔6，所述右側(cè)冷卻輔助區(qū)4內(nèi)開設(shè)有第二水平螺孔7以及與第二水平螺孔7連通的第三垂直螺孔8和第四垂直螺孔9，所述冷卻水連接管10的一端通過水管接頭13螺紋連接第二垂直螺孔6，冷卻水連接管10的另一端通過水管接頭13螺紋連接第四垂直螺孔9，所述冷卻水輸入管11通過水管接頭13螺紋連接第一垂直螺孔5，所述冷卻水輸出管12通過水管接頭13螺紋連接第三垂直螺孔8，所述第一水平螺孔16和第二水平螺孔7的開口均螺紋連接有螺紋堵頭14。
[0025]上述技術(shù)方案中，所述中部加工變形區(qū)3開設(shè)有周向凹槽15。周向凹槽15使熱模擬應(yīng)變試樣I的體積減小，加快了冷卻速度。
[0026]上述技術(shù)方案中，所述第一垂直螺孔5和第二垂直螺孔6之間的距離為30?40mm，所述第三垂直螺孔8和第四垂直螺孔9之間的距離為30?40mm。
[0027]上述技術(shù)方案中，所述第一水平螺孔16的直徑范圍為8?12mm，第二水平螺孔7的直徑范圍為8?12mm。
[0028]上述技術(shù)方案中，所述中部加工變形區(qū)3的長度范圍為20mm，中部加工變形區(qū)3的橫截面為正方形或矩形。其加工變形區(qū)截面可加工成邊長為a的正方形或尺寸為30Xb的矩形，其中a、b值在20?30mm范圍內(nèi)進行調(diào)整。
[0029]上述技術(shù)方案中，左側(cè)冷卻輔助區(qū)2和右側(cè)冷卻輔助區(qū)4以試樣中心線為基準(zhǔn)左右對稱，左側(cè)冷卻輔助區(qū)2和右側(cè)冷卻輔助區(qū)4的長度均為60mm。
[0030]一種上述熱模擬平面應(yīng)變試樣的冷卻方法，其特征在于，它包括如下步驟:
[0031]步驟1:將冷卻水輸入管11接入熱模擬試驗機的冷卻水系統(tǒng)循環(huán)水輸出端，將冷卻水輸出管12接入熱模擬試驗機的冷卻水系統(tǒng)循環(huán)水輸入端；
[0032]步驟2:在熱模擬應(yīng)變試樣I進行平面應(yīng)變試驗時，通過熱模擬試驗機的冷卻水系統(tǒng)使熱模擬應(yīng)變試樣I內(nèi)的冷卻水循環(huán)回路接通，冷卻水由熱模擬試驗機的冷卻水系統(tǒng)循環(huán)水輸出端進入第一垂直螺孔5，然后依次經(jīng)過第一水平螺孔16、第二垂直螺孔6、冷卻水連接管10、第四垂直螺孔9、第二水平螺孔7和第三垂直螺孔8后回到熱模擬試驗機的冷卻水系統(tǒng)中，形成熱模擬應(yīng)變試樣I內(nèi)的冷卻水循環(huán)，并且，在上述熱模擬應(yīng)變試樣I內(nèi)的冷卻水循環(huán)過程中，通過熱模擬試驗機的噴氣冷卻系統(tǒng)和高頻加熱補償系統(tǒng)對熱模擬應(yīng)變試樣I的冷卻速度進行調(diào)節(jié)及控制；
[0033]所述熱模擬應(yīng)變試樣I內(nèi)的冷卻水循環(huán)過程中的冷卻水溫度范圍為20?40°C，冷卻水水壓范圍為0.3MPa?1.5MPa ；
[0034]所述步驟2中，通過熱模擬試驗機的噴氣冷卻系統(tǒng)和高頻加熱補償系統(tǒng)能使熱模擬應(yīng)變試樣I的最大冷卻速度達到50±1°C /S。即O?50°C /s都可以控制，± I°C表示控制精度。
[0035]所述熱模擬平面應(yīng)變試樣有兩種尺寸分別為:30(寬)X30(高)X 140mm(長度)和 20 (寬)X 20 (高)X 140 (長度)mm。
[0036]上述技術(shù)方案中，進行平面應(yīng)變試驗時，接通試樣內(nèi)的冷卻水循環(huán)回路，在冷卻水系統(tǒng)水溫及水壓一定的條件下，試樣內(nèi)的循環(huán)水會帶走相對定量的熱量Q。在此基礎(chǔ)上，通過熱模擬試驗機的噴氣冷卻系統(tǒng)和高頻加熱補償系統(tǒng)對試樣的冷卻速度進行調(diào)節(jié)及控制。
[0037]實施例1
[0038]實驗要求:熱模擬應(yīng)變試樣I的尺寸為30X30X140mm，試驗鋼為Q235B，要求1000°C平面壓縮變形后，以30°C /s速度冷卻至300°C。
[0039]實施方法:將冷卻水輸入管11接入熱模擬試驗機的冷卻水系統(tǒng)循環(huán)水輸出端，將冷卻水輸出管12接入熱模擬試驗機的冷卻水系統(tǒng)循環(huán)水輸入端，組成左右聯(lián)通的“W”形循環(huán)回路；在進行平面應(yīng)變試驗時，接通試樣內(nèi)的冷卻水循環(huán)回路，冷卻水系統(tǒng)水溫30°C，水壓0.5MPa。開啟熱模擬試驗機的噴氣冷卻系統(tǒng)和高頻加熱補償系統(tǒng)對試樣的冷卻速度進行調(diào)節(jié)及控制，實驗實測加工變形區(qū)冷卻速度控制在30±1°C /s。
[0040]實施例2
[0041]實驗要求:熱模擬應(yīng)變試樣I的尺寸為30X30X140mm，試驗鋼為HG785，要求1000°C平面壓縮變形后，以50°C /s速度冷卻至300°C。
[0042]實施方法:將冷卻水輸入管11接入熱模擬試驗機的冷卻水系統(tǒng)循環(huán)水輸出端，將冷卻水輸出管12接入熱模擬試驗機的冷卻水系統(tǒng)循環(huán)水輸入端，組成左右聯(lián)通的“W”形循環(huán)回路；在進行平面應(yīng)變試驗時，接通試樣內(nèi)的冷卻水循環(huán)回路，冷卻水系統(tǒng)水溫20°C，水壓1.5MPa。開啟熱模擬試驗機的噴氣冷卻系統(tǒng)和高頻加熱補償系統(tǒng)對試樣的冷卻速度進行調(diào)節(jié)及控制，實驗實測加工變形區(qū)冷卻速度控制在50± 1°C /s。
[0043]上述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，僅涉及Thermecmastor-Z熱模擬試驗機的30X30X 140mm大平面應(yīng)變試樣，但本發(fā)明提供的方法及試樣，通過適當(dāng)?shù)母募白兓梢赃m用于不同尺寸的原始試樣及不同廠家型號的熱模擬試驗機，凡在本發(fā)明核心內(nèi)容基礎(chǔ)上進行的任何修改及等同替換，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
[0044]本說明書未作詳細描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。
【權(quán)利要求】
1.一種熱模擬平面應(yīng)變試樣，它包括熱模擬應(yīng)變試樣(1)，其特征在于:它還包括冷卻水連接管(10)、冷卻水輸入管(11)、冷卻水輸出管(12)，所述熱模擬應(yīng)變試樣(1)包括左側(cè)冷卻輔助區(qū)(2)、右側(cè)冷卻輔助區(qū)(4)、設(shè)置在左側(cè)冷卻輔助區(qū)⑵和右側(cè)冷卻輔助區(qū)(4)之間的中部加工變形區(qū)(3),所述左側(cè)冷卻輔助區(qū)⑵內(nèi)開設(shè)有第一水平螺孔(16)以及與第一水平螺孔(16)連通的第一垂直螺孔(5)和第二垂直螺孔￠)，所述右側(cè)冷卻輔助區(qū)(4)內(nèi)開設(shè)有第二水平螺孔(7)以及與第二水平螺孔(7)連通的第三垂直螺孔(8)和第四垂直螺孔(9),所述冷卻水連接管(10)的一端通過水管接頭(13)螺紋連接第二垂直螺孔(6)，冷卻水連接管(10)的另一端通過水管接頭(13)螺紋連接第四垂直螺孔(9)，所述冷卻水輸入管(11)通過水管接頭(13)螺紋連接第一垂直螺孔(5),所述冷卻水輸出管(12)通過水管接頭(13)螺紋連接第三垂直螺孔(8),所述第一水平螺孔(16)和第二水平螺孔(7)的開口均螺紋連接有螺紋堵頭(14)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱模擬平面應(yīng)變試樣，其特征在于:所述中部加工變形區(qū)(3)開設(shè)有周向凹槽(15)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱模擬平面應(yīng)變試樣，其特征在于:所述第一垂直螺孔(5)和第二垂直螺孔(6)之間的距離為30?40臟，所述第三垂直螺孔(8)和第四垂直螺孔(9)之間的距離為30?40臟。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱模擬平面應(yīng)變試樣，其特征在于:所述第一水平螺孔(16)的直徑范圍為8?12111111，第二水平螺孔⑵的直徑范圍為8?12臟。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱模擬平面應(yīng)變試樣，其特征在于:所述中部加工變形區(qū)(3)的長度范圍為20皿，中部加工變形區(qū)(3)的橫截面為正方形或矩形。
6.一種權(quán)利要求1所述熱模擬平面應(yīng)變試樣的冷卻方法，其特征在于，它包括如下步驟: 步驟1:將冷卻水輸入管(11)接入熱模擬試驗機的冷卻水系統(tǒng)循環(huán)水輸出端，將冷卻水輸出管(12)接入熱模擬試驗機的冷卻水系統(tǒng)循環(huán)水輸入端； 步驟2:在熱模擬應(yīng)變試樣(1)進行平面應(yīng)變試驗時，通過熱模擬試驗機的冷卻水系統(tǒng)使熱模擬應(yīng)變試樣(1)內(nèi)的冷卻水循環(huán)回路接通，冷卻水由熱模擬試驗機的冷卻水系統(tǒng)循環(huán)水輸出端進入第一垂直螺孔(5),然后依次經(jīng)過第一水平螺孔(16)、第二垂直螺孔(6)、冷卻水連接管(10)、第四垂直螺孔(9)、第二水平螺孔(7)和第三垂直螺孔(8)后回到熱模擬試驗機的冷卻水系統(tǒng)中，形成熱模擬應(yīng)變試樣(1)內(nèi)的冷卻水循環(huán)，并且，在上述熱模擬應(yīng)變試樣(1)內(nèi)的冷卻水循環(huán)過程中，通過熱模擬試驗機的噴氣冷卻系統(tǒng)和高頻加熱補償系統(tǒng)對熱模擬應(yīng)變試樣(1)的冷卻速度進行調(diào)節(jié)及控制； 所述熱模擬應(yīng)變試樣(1)內(nèi)的冷卻水循環(huán)過程中的冷卻水溫度范圍為20?401，冷卻水水壓范圍為0.31？8?1.51%。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的冷卻方法，其特征在于:所述步驟2中，通過熱模擬試驗機的噴氣冷卻系統(tǒng)和高頻加熱補償系統(tǒng)能使熱模擬應(yīng)變試樣(1)的最大冷卻速度達到50±1。。卜。
【文檔編號】G01N3/02GK104316387SQ201410642945
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年11月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月13日
【發(fā)明者】劉洋, 趙隆崎, 汪榮, 韓斌, 余晴, 鄧攀 申請人:武漢鋼鐵(集團)公司