專利名稱：一種熱模擬試驗(yàn)試樣的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種熱模擬試驗(yàn)試樣，具體涉及一種用于檢測(cè)金屬材料單向壓縮過程內(nèi)孔洞缺陷演化的熱模擬試驗(yàn)試樣。
背景技術(shù)：
單向壓縮試驗(yàn)法是金屬塑性加工研究中常用的物理模擬方法，針對(duì)不同的材料通過精確控制變形量、變形速率和變形溫度等條件參數(shù)進(jìn)行壓縮成形，可以較真實(shí)的模擬實(shí)際生產(chǎn)中如軋制、鍛造、擠壓等金屬塑性加工工藝中以壓應(yīng)力為主的成形過程。眾所周知， 軋制、鍛造、擠壓等金屬塑性加工過程一般以鑄坯為原料，所用的鑄坯中難免存在內(nèi)部孔洞和疏松型缺陷，正是通過塑性加工過程在滿足成形要求的基礎(chǔ)上通過創(chuàng)造合理的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)來(lái)改善或消除變形材料內(nèi)部的這些缺陷，從而得到合格的成形件。因此，通過熱模擬試驗(yàn)方法研究如何制定合理的材料、幾何和工藝參數(shù)來(lái)閉合鑄坯內(nèi)部缺陷并通過高溫保壓使缺陷焊合是一項(xiàng)非常有意義的工作。但是，一般的熱模擬試驗(yàn)壓縮試樣是由均勻、連續(xù)的金屬材料整體加工而成的圓柱體試樣，不能模擬材料內(nèi)部孔洞缺陷在成形過程中的演化。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種熱模擬試驗(yàn)試樣，用于檢測(cè)金屬材料單向壓縮過程中內(nèi)孔洞缺陷的演化，從而模擬實(shí)際生產(chǎn)中的鑄坯塑性成形過程，改善成形質(zhì)量，提高成形件綜合性能。為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案為一種熱模擬試驗(yàn)試樣，包括左預(yù)制缺陷芯柱、右預(yù)制缺陷芯柱和緊固圓筒；所述左預(yù)制缺陷芯柱和右預(yù)制缺陷芯柱均為半圓形柱體，所述半圓形柱體的側(cè)平面的中心線上設(shè)有半球形孔洞；所述左預(yù)制缺陷芯柱和右預(yù)制缺陷芯柱對(duì)拼設(shè)置在所述緊固圓筒內(nèi)，與所述緊固圓筒的內(nèi)壁貼合形成一個(gè)圓形柱體。上述方案中，所述半球形孔洞的直徑為0. 08-1. 5mm。上述方案中，所述半圓形柱體的側(cè)平面的中心線上依次設(shè)有三個(gè)半球形孔洞。上述方案中，所述三個(gè)半球形孔洞中兩端的半球形孔洞分別設(shè)置在距離所述半圓形柱體上端面1/4半圓形柱體高度的位置和距離所述半圓形柱體下端面1/4半圓形柱體高度的位置；所述三個(gè)半球形孔洞中中間的半球形孔洞設(shè)置在所述半圓形柱體的側(cè)平面的中心。上述方案中，所述半球形孔洞之間的距離及所述半球形孔洞距所述緊固圓筒外表面的距離大于等于所述半球形孔洞的直徑。上述方案中，所述緊固圓筒的壁厚為1. 5-2. 5mm。上述方案中，所述試樣的高度和直徑比值范圍為1. 2-1. 8。上述方案中，所述試樣的高度和直徑比值為1. 5。與現(xiàn)有技術(shù)方案相比，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案產(chǎn)生的有益效果如下[0014]本實(shí)用新型可以進(jìn)行變形量不大于80%、變形速率在0. 001 10s_\變形溫度小于等于1250°C的單向壓縮熱模擬試驗(yàn)，用于檢測(cè)金屬材料單向壓縮過程中內(nèi)孔洞缺陷的演化，模擬實(shí)際鑄坯塑性成形過程中內(nèi)部缺陷的閉合和焊合，從而改善成形質(zhì)量，提高成形件綜合性能。

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例中左預(yù)制缺陷芯柱的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例中緊固圓筒的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的試樣的總裝配示意圖；圖4為圖3的縱向剖視圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)描述。如圖1和圖2所示，本實(shí)用新型實(shí)施例提供一種熱模擬試驗(yàn)試樣，包括左預(yù)制缺陷芯柱1、右預(yù)制缺陷芯柱4和緊固圓筒3。左預(yù)制缺陷芯柱1和右預(yù)制缺陷芯柱4均為半圓形柱體，半圓形柱體的側(cè)平面的中心線上設(shè)有半球形孔洞2。半球形孔洞可以為單個(gè)或沿中心線在不同位置預(yù)制多個(gè)，在本實(shí)施例中，在半圓形柱體的側(cè)平面中心線上依次設(shè)有三個(gè)半球形孔洞。三個(gè)半球形孔洞中兩端的半球形孔洞分別設(shè)置在距離半圓形柱體上端面1/4 半圓形柱體高度的位置和距離半圓形柱體下端面1/4半圓形柱體高度的位置；三個(gè)半球形孔洞中中間的半球形孔洞設(shè)置在半圓形柱體的側(cè)平面的中心。半球形孔洞2的直徑dv為 0. 08-1. 5mm，緊固圓筒的壁厚為1. 5-2. 5mm，且半球形孔洞之間的距離及半球形孔洞2距緊固圓筒3外表面的距離大于等于半球形孔洞2的直徑dv。左預(yù)制缺陷芯柱1和右預(yù)制缺陷芯柱4對(duì)拼設(shè)置在緊固圓筒3內(nèi)，與緊固圓筒3 的內(nèi)壁貼合形成一個(gè)圓形柱體，如圖3所示。左預(yù)制缺陷芯柱1、右預(yù)制缺陷芯柱4和緊固圓筒3經(jīng)手動(dòng)裝配即可進(jìn)行試驗(yàn)，無(wú)需額外的連接、固定工序。裝配好的試樣的高度ho和直徑do比值為1. 2-1. 8，推薦值為1. 5。常用試樣尺寸有兩種:ho=12mm,do=8mm ；ho=15mm, do=10mmo例如，加工兩個(gè)高度為15mm、直徑為6mm的半圓形柱體分別作為左預(yù)制缺陷芯柱、 右預(yù)制缺陷芯柱，在左預(yù)制缺陷芯柱和右預(yù)制缺陷芯柱上加工直徑為1. 5mm的半球形孔洞；加工高度為15mm，內(nèi)徑為6mm，外徑為IOmm的緊固圓筒。將加工好的左預(yù)制缺陷芯柱、 右預(yù)制缺陷芯柱和緊固圓筒如圖3裝配，選取適當(dāng)?shù)臐?rùn)滑劑均勻涂抹在試樣端面后，安裝試樣。根據(jù)試驗(yàn)要求編制程序，在制定的變形溫度、變形速率對(duì)試驗(yàn)進(jìn)行壓縮變形，試驗(yàn)過程中記錄載荷和位移的變化等信息。試驗(yàn)結(jié)束后，將壓縮試樣縱向?qū)Π肫书_，如圖4所示， 觀察內(nèi)部孔洞的閉合、焊合等演化情況，并測(cè)量變形后孔洞橢圓的長(zhǎng)短軸長(zhǎng)度等尺寸變化， 為理論分析研究提供數(shù)據(jù)支持。本實(shí)用新型辯勾簡(jiǎn)單，其主要特征在于Φ滿足主流的熱模擬試驗(yàn)機(jī)加熱和加載控制條件對(duì)試樣的基本要求，即在試樣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和加工精度上綜合考慮電阻加熱、端面摩擦控制和力/位移加載因素；②滿足單向壓縮成形過程對(duì)試樣的基本要求，即所設(shè)計(jì)的試樣不應(yīng)改
變單向壓縮過程中在軸向壓縮力和端面摩擦力綜合作用下試樣內(nèi)部不同區(qū)域的不同應(yīng)力
狀態(tài)和變形程度(包含三向壓應(yīng)力區(qū)、周向拉應(yīng)力區(qū)等)；@基于該研究領(lǐng)域的相關(guān)理論基
礎(chǔ)和目前廣泛采用的孔洞模型進(jìn)行原始內(nèi)部孔洞缺陷的幾何預(yù)制，即基于細(xì)觀塑性理論和體胞模型，將實(shí)際鑄坯內(nèi)部各種形狀的孔洞等效為初始形狀為球形的孔洞，并置于試樣的不同變形區(qū)域內(nèi)，既盡可能逼近實(shí)際情況又便于試驗(yàn)結(jié)果的分析研究。本實(shí)用新型可以進(jìn)行變形量不大于80%、變形速率在0. 001 10s_\變形溫度小于等于1250°C的單向壓縮熱模擬試驗(yàn)，用于檢測(cè)金屬材料單向壓縮過程中內(nèi)孔洞缺陷的演化，從而模擬實(shí)際生產(chǎn)中的鑄坯塑性成形過程，研究如何從材料、幾何和工藝參數(shù)三個(gè)方面來(lái)控制鑄坯內(nèi)部缺陷的閉合和焊合，從而改善成形質(zhì)量，提高成形件綜合性能。以上所述僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本實(shí)用新型，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說，本實(shí)用新型可以有各種更改和變化。凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種熱模擬試驗(yàn)試樣，其特征在于包括左預(yù)制缺陷芯柱、右預(yù)制缺陷芯柱和緊固圓筒；所述左預(yù)制缺陷芯柱和右預(yù)制缺陷芯柱均為半圓形柱體，所述半圓形柱體的側(cè)平面的中心線上設(shè)有半球形孔洞；所述左預(yù)制缺陷芯柱和右預(yù)制缺陷芯柱對(duì)拼設(shè)置在所述緊固圓筒內(nèi)，與所述緊固圓筒的內(nèi)壁貼合形成一個(gè)圓形柱體。
2.如權(quán)利要求1所述的熱模擬試驗(yàn)試樣，其特征在于所述半球形孔洞的直徑為0.08-1. 5mmO
3.如權(quán)利要求1所述的熱模擬試驗(yàn)試樣，其特征在于所述半圓形柱體的側(cè)平面的中心線上依次設(shè)有三個(gè)半球形孔洞。
4.如權(quán)利要求3所述的熱模擬試驗(yàn)試樣，其特征在于所述三個(gè)半球形孔洞中兩端的半球形孔洞分別設(shè)置在距離所述半圓形柱體上端面1/4半圓形柱體高度的位置和距離所述半圓形柱體下端面1/4半圓形柱體高度的位置；所述三個(gè)半球形孔洞中中間的半球形孔洞設(shè)置在所述半圓形柱體的側(cè)平面的中心。
5.如權(quán)利要求3所述的熱模擬試驗(yàn)試樣，其特征在于所述半球形孔洞之間的距離及所述半球形孔洞距所述緊固圓筒外表面的距離大于等于所述半球形孔洞的直徑。
6.如權(quán)利要求1所述的熱模擬試驗(yàn)試樣，其特征在于所述緊固圓筒的壁厚為`1.5-2. 5mm。
7.如權(quán)利要求1所述的熱模擬試驗(yàn)試樣，其特征在于所述試樣的高度和直徑比值范圍為 1. 2-1. 8。
8.如權(quán)利要求1所述的熱模擬試驗(yàn)試樣，其特征在于所述試樣的高度和直徑比值為`1. 5。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種熱模擬試驗(yàn)試樣，具體涉及一種用于檢測(cè)金屬材料單向壓縮過程內(nèi)孔洞缺陷演化的熱模擬試驗(yàn)試樣。所述試樣包括左預(yù)制缺陷芯柱、右預(yù)制缺陷芯柱和緊固圓筒；左預(yù)制缺陷芯柱和右預(yù)制缺陷芯柱均為半圓形柱體，半圓形柱體的側(cè)平面的中心線上設(shè)有半球形孔洞；左預(yù)制缺陷芯柱和右預(yù)制缺陷芯柱對(duì)拼設(shè)置在緊固圓筒內(nèi)，與緊固圓筒的內(nèi)壁貼合形成一個(gè)圓形柱體。本實(shí)用新型可以進(jìn)行變形量不大于80%、變形速率在0.001～10s-1、變形溫度小于等于1250℃的單向壓縮熱模擬試驗(yàn)，用于檢測(cè)金屬材料單向壓縮過程中內(nèi)孔洞缺陷的演化，模擬實(shí)際鑄坯塑性成形過程中內(nèi)部缺陷的閉合和焊合，從而改善成形質(zhì)量，提高成形件綜合性能。
文檔編號(hào)G01N3/02GK202216872SQ20112029291
公開日2012年5月9日 申請(qǐng)日期2011年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月12日
發(fā)明者何小東, 婁琦, 宋生印, 張蕾, 王曉燕, 王鵬, 胡美娟, 韓新利 申請(qǐng)人:中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司, 中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司管材研究所