热模拟平面应变试样及该试样的冷却方法
【专利摘要】本发明公开了一种热模拟平面应变试样，它的左侧冷却辅助区内开设有第一水平螺孔以及与第一水平螺孔连通的第一垂直螺孔和第二垂直螺孔，右侧冷却辅助区内开设有第二水平螺孔以及与第二水平螺孔连通的第三垂直螺孔和第四垂直螺孔，冷却水连接管的一端通过水管接头螺纹连接第二垂直螺孔，冷却水连接管的另一端通过水管接头螺纹连接第四垂直螺孔，冷却水输入管通过水管接头螺纹连接第一垂直螺孔，冷却水输出管通过水管接头螺纹连接第三垂直螺孔，第一水平螺孔和第二水平螺孔的开口均螺纹连接有螺纹堵头。本发明以通水冷却方式为主，以气体冷却方式为辅，可对大平面应变试样进行快速及可控冷却。
【专利说明】热模拟平面应变试样及该试样的冷却方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及材料热加工物理模拟【技术领域】，具体地指一种热模拟平面应变试样及该试样的冷却方法。
【背景技术】
[0002]随着板带钢的产量以及需求不断的增大，开发新品种、降低成本已成为钢铁行业急需解决的问题。热力模拟试验机作为新品种的开发以及工艺的优化的主要手段在材料研究领域起了至关重要的作用，由于平面应变压缩试验的应力状态、变形状态及热传导等更接近轧制，平面应变压缩试验广泛地应用于轧制的模拟。目前人们通常采用较小尺寸试样进行平面应变试验研究，但是小试样平面应变技术与轧制现场差别很大。如试样的厚度很小，无法与现场试样相比；而且变形量很小，无法对材料进行多道次大压下的实验；同时试样比较小，实验后的试样仅能做显微分析与硬度分析，无法用来做随后的拉伸、冲击等实验分析，不能很好地将材料的组织与性能结合。
[0003]由于采用电阻和高频感应的复合加热方式，新型的Thermecmastor-Z热模拟试验机可采用规格为20 X 20 X 140mm、30 X 30 X 140mm的大尺寸平面应变试样进行试验。但是大尺寸的试样体积较大，因此热容大，很难对其进行可控冷速下的快速降温。采用设备自带的冷却系统进行氦气强制冷却，对于30 X 30 X 140mm尺寸试样，也只能达到6 V /s的冷却速度，完全不能满足控冷实验所需的高冷速要求。而采用设备自带的水冷方式虽然冷却速度较快，但是冷却速度不可控，且在试验后对试验腔体的干燥工序费时费力。
[0004]专利号为ZL 200720067245.1的实用新型提供一种热模拟试验机的试样急冷装置，主要是解决急冷时因喷头与试样对不准，冷却介质无法直接喷向试样导致试样达不到预期冷却效果的问题。授权号为CN 201535733U的实用新型提供一种热模拟试验机试样的喷嘴式冷却装置，主要是通过调整喷嘴与试样的相对位置实现较好的冷却效果。以上两种方式均不能有效解决大尺寸试样快速可控冷却的问题。
【发明内容】
[0005]本发明的目的就是要提供一种热模拟平面应变试样及该试样的冷却方法，本发明以通水冷却方式为主，以气体冷却方式为辅，可对大平面应变试样进行快速及可控冷却。
[0006]为实现此目的，本发明所设计的热模拟平面应变试样，它包括热模拟应变试样，其特征在于:它还包括冷却水连接管、冷却水输入管、冷却水输出管，所述热模拟应变试样包括左侧冷却辅助区、右侧冷却辅助区、设置在左侧冷却辅助区和右侧冷却辅助区之间的中部加工变形区，所述左侧冷却辅助区内开设有第一水平螺孔以及与第一水平螺孔连通的第一垂直螺孔和第二垂直螺孔，所述右侧冷却辅助区内开设有第二水平螺孔以及与第二水平螺孔连通的第三垂直螺孔和第四垂直螺孔，所述冷却水连接管的一端通过水管接头螺纹连接第二垂直螺孔，冷却水连接管的另一端通过水管接头螺纹连接第四垂直螺孔，所述冷却水输入管通过水管接头螺纹连接第一垂直螺孔，所述冷却水输出管通过水管接头螺纹连接第三垂直螺孔，所述第一水平螺孔和第二水平螺孔的开口均螺纹连接有螺纹堵头。
[0007]进一步地，所述中部加工变形区开设有周向凹槽。
[0008]进一步地，所述第一垂直螺孔和第二垂直螺孔之间的距离为30?40mm，所述第三垂直螺孔和第四垂直螺孔之间的距离为30?40mm。
[0009]进一步地，所述第一水平螺孔的直径范围为8?12mm，第二水平螺孔的直径范围为8?12mm。
[0010]进一步地，所述中部加工变形区的长度范围为20mm，中部加工变形区的横截面为正方形或矩形。
[0011]一种上述热模拟平面应变试样的冷却方法，其特征在于，它包括如下步骤:
[0012]步骤1:将冷却水输入管接入热模拟试验机的冷却水系统循环水输出端，将冷却水输出管接入热模拟试验机的冷却水系统循环水输入端；
[0013]步骤2:在热模拟应变试样进行平面应变试验时，通过热模拟试验机的冷却水系统使热模拟应变试样内的冷却水循环回路接通，冷却水由热模拟试验机的冷却水系统循环水输出端进入第一垂直螺孔，然后依次经过第一水平螺孔、第二垂直螺孔、冷却水连接管、第四垂直螺孔、第二水平螺孔和第三垂直螺孔后回到热模拟试验机的冷却水系统中，形成热模拟应变试样内的冷却水循环，并且，在上述热模拟应变试样内的冷却水循环过程中，通过热模拟试验机的喷气冷却系统和高频加热补偿系统对热模拟应变试样的冷却速度进行调节及控制；
[0014]所述热模拟应变试样内的冷却水循环过程中的冷却水温度范围为20?40°C，冷却水水压范围为0.3MPa?1.5MPa ；
[0015]所述步骤2中，通过热模拟试验机的喷气冷却系统和高频加热补偿系统能使热模拟应变试样的最大冷却速度达到50±1°C /s。
[0016]本发明的有益效果:
[0017](I)通过试样内部的循环水冷却以及热模拟试验机自带的喷气冷却系统可以实现对大尺寸平面应变试样的快速冷却，通过热模拟试验机自带的高频加热补偿系统可以实现控温，因此最终实现大平面应变试样的快速可控冷却，对于30 X 30 X 140mm尺寸试样，试样的加工变形区冷却速度可以达到50°C /s以上。
[0018](2)试样内部的循环水冷却，可以避免传统水冷方式(即直接往热模拟应变试样上淋水进行冷却)导致的试验舱潮湿，免去了费时费力的干燥工序，提高了实验效率。
[0019](3)只需对试样进行常规的机加工处理(即加工上述冷却水经过的螺孔)，冷却水系统、喷气冷却系统和高频加热补偿系统均为热模拟设备已具备的现有部分，不需要额外增加新的设备。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1为本发明的剖视结构示意图；
[0021]图2为本发明中热模拟应变试样的俯视图。
[0022]其中，I一热模拟应变试样、2—左侧冷却辅助区、3—中部加工变形区、4一右侧冷却辅助区、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—冷却水连接管、11 一冷却水输入管、12—冷却水输出管、13—水管接头、 14 一螺纹堵头、15—周向凹槽、16—第一水平螺孔。
【具体实施方式】
[0023]以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明:
[0024]如图1和图2所示热模拟平面应变试样，它包括热模拟应变试样1，它还包括冷却水连接管10、冷却水输入管11、冷却水输出管12，所述热模拟应变试样I包括左侧冷却辅助区2、右侧冷却辅助区4、设置在左侧冷却辅助区2和右侧冷却辅助区4之间的中部加工变形区3，所述左侧冷却辅助区2内开设有第一水平螺孔16以及与第一水平螺孔16连通的第一垂直螺孔5和第二垂直螺孔6，所述右侧冷却辅助区4内开设有第二水平螺孔7以及与第二水平螺孔7连通的第三垂直螺孔8和第四垂直螺孔9，所述冷却水连接管10的一端通过水管接头13螺纹连接第二垂直螺孔6，冷却水连接管10的另一端通过水管接头13螺纹连接第四垂直螺孔9，所述冷却水输入管11通过水管接头13螺纹连接第一垂直螺孔5，所述冷却水输出管12通过水管接头13螺纹连接第三垂直螺孔8，所述第一水平螺孔16和第二水平螺孔7的开口均螺纹连接有螺纹堵头14。
[0025]上述技术方案中，所述中部加工变形区3开设有周向凹槽15。周向凹槽15使热模拟应变试样I的体积减小，加快了冷却速度。
[0026]上述技术方案中，所述第一垂直螺孔5和第二垂直螺孔6之间的距离为30?40mm，所述第三垂直螺孔8和第四垂直螺孔9之间的距离为30?40mm。
[0027]上述技术方案中，所述第一水平螺孔16的直径范围为8?12mm，第二水平螺孔7的直径范围为8?12mm。
[0028]上述技术方案中，所述中部加工变形区3的长度范围为20mm，中部加工变形区3的横截面为正方形或矩形。其加工变形区截面可加工成边长为a的正方形或尺寸为30Xb的矩形，其中a、b值在20?30mm范围内进行调整。
[0029]上述技术方案中，左侧冷却辅助区2和右侧冷却辅助区4以试样中心线为基准左右对称，左侧冷却辅助区2和右侧冷却辅助区4的长度均为60mm。
[0030]一种上述热模拟平面应变试样的冷却方法，其特征在于，它包括如下步骤:
[0031]步骤1:将冷却水输入管11接入热模拟试验机的冷却水系统循环水输出端，将冷却水输出管12接入热模拟试验机的冷却水系统循环水输入端；
[0032]步骤2:在热模拟应变试样I进行平面应变试验时，通过热模拟试验机的冷却水系统使热模拟应变试样I内的冷却水循环回路接通，冷却水由热模拟试验机的冷却水系统循环水输出端进入第一垂直螺孔5，然后依次经过第一水平螺孔16、第二垂直螺孔6、冷却水连接管10、第四垂直螺孔9、第二水平螺孔7和第三垂直螺孔8后回到热模拟试验机的冷却水系统中，形成热模拟应变试样I内的冷却水循环，并且，在上述热模拟应变试样I内的冷却水循环过程中，通过热模拟试验机的喷气冷却系统和高频加热补偿系统对热模拟应变试样I的冷却速度进行调节及控制；
[0033]所述热模拟应变试样I内的冷却水循环过程中的冷却水温度范围为20?40°C，冷却水水压范围为0.3MPa?1.5MPa ；
[0034]所述步骤2中，通过热模拟试验机的喷气冷却系统和高频加热补偿系统能使热模拟应变试样I的最大冷却速度达到50±1°C /S。即O?50°C /s都可以控制，± I°C表示控制精度。
[0035]所述热模拟平面应变试样有两种尺寸分别为:30(宽)X30(高)X 140mm(长度)和 20 (宽)X 20 (高)X 140 (长度)mm。
[0036]上述技术方案中，进行平面应变试验时，接通试样内的冷却水循环回路，在冷却水系统水温及水压一定的条件下，试样内的循环水会带走相对定量的热量Q。在此基础上，通过热模拟试验机的喷气冷却系统和高频加热补偿系统对试样的冷却速度进行调节及控制。
[0037]实施例1
[0038]实验要求:热模拟应变试样I的尺寸为30X30X140mm，试验钢为Q235B，要求1000°C平面压缩变形后，以30°C /s速度冷却至300°C。
[0039]实施方法:将冷却水输入管11接入热模拟试验机的冷却水系统循环水输出端，将冷却水输出管12接入热模拟试验机的冷却水系统循环水输入端，组成左右联通的“W”形循环回路；在进行平面应变试验时，接通试样内的冷却水循环回路，冷却水系统水温30°C，水压0.5MPa。开启热模拟试验机的喷气冷却系统和高频加热补偿系统对试样的冷却速度进行调节及控制，实验实测加工变形区冷却速度控制在30±1°C /s。
[0040]实施例2
[0041]实验要求:热模拟应变试样I的尺寸为30X30X140mm，试验钢为HG785，要求1000°C平面压缩变形后，以50°C /s速度冷却至300°C。
[0042]实施方法:将冷却水输入管11接入热模拟试验机的冷却水系统循环水输出端，将冷却水输出管12接入热模拟试验机的冷却水系统循环水输入端，组成左右联通的“W”形循环回路；在进行平面应变试验时，接通试样内的冷却水循环回路，冷却水系统水温20°C，水压1.5MPa。开启热模拟试验机的喷气冷却系统和高频加热补偿系统对试样的冷却速度进行调节及控制，实验实测加工变形区冷却速度控制在50± 1°C /s。
[0043]上述仅为本发明的优选实施例，仅涉及Thermecmastor-Z热模拟试验机的30X30X 140mm大平面应变试样，但本发明提供的方法及试样，通过适当的更改及变化，可以适用于不同尺寸的原始试样及不同厂家型号的热模拟试验机，凡在本发明核心内容基础上进行的任何修改及等同替换，均应包含在本发明的保护范围之内。
[0044]本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
【权利要求】
1.一种热模拟平面应变试样，它包括热模拟应变试样(1)，其特征在于:它还包括冷却水连接管(10)、冷却水输入管(11)、冷却水输出管(12)，所述热模拟应变试样(1)包括左侧冷却辅助区(2)、右侧冷却辅助区(4)、设置在左侧冷却辅助区⑵和右侧冷却辅助区(4)之间的中部加工变形区(3),所述左侧冷却辅助区⑵内开设有第一水平螺孔(16)以及与第一水平螺孔(16)连通的第一垂直螺孔(5)和第二垂直螺孔￠)，所述右侧冷却辅助区(4)内开设有第二水平螺孔(7)以及与第二水平螺孔(7)连通的第三垂直螺孔(8)和第四垂直螺孔(9),所述冷却水连接管(10)的一端通过水管接头(13)螺纹连接第二垂直螺孔(6)，冷却水连接管(10)的另一端通过水管接头(13)螺纹连接第四垂直螺孔(9)，所述冷却水输入管(11)通过水管接头(13)螺纹连接第一垂直螺孔(5),所述冷却水输出管(12)通过水管接头(13)螺纹连接第三垂直螺孔(8),所述第一水平螺孔(16)和第二水平螺孔(7)的开口均螺纹连接有螺纹堵头(14)。
2.根据权利要求1所述的热模拟平面应变试样，其特征在于:所述中部加工变形区(3)开设有周向凹槽(15)。
3.根据权利要求1所述的热模拟平面应变试样，其特征在于:所述第一垂直螺孔(5)和第二垂直螺孔(6)之间的距离为30?40臟，所述第三垂直螺孔(8)和第四垂直螺孔(9)之间的距离为30?40臟。
4.根据权利要求1所述的热模拟平面应变试样，其特征在于:所述第一水平螺孔(16)的直径范围为8?12111111，第二水平螺孔⑵的直径范围为8?12臟。
5.根据权利要求1所述的热模拟平面应变试样，其特征在于:所述中部加工变形区(3)的长度范围为20皿，中部加工变形区(3)的横截面为正方形或矩形。
6.一种权利要求1所述热模拟平面应变试样的冷却方法，其特征在于，它包括如下步骤: 步骤1:将冷却水输入管(11)接入热模拟试验机的冷却水系统循环水输出端，将冷却水输出管(12)接入热模拟试验机的冷却水系统循环水输入端； 步骤2:在热模拟应变试样(1)进行平面应变试验时，通过热模拟试验机的冷却水系统使热模拟应变试样(1)内的冷却水循环回路接通，冷却水由热模拟试验机的冷却水系统循环水输出端进入第一垂直螺孔(5),然后依次经过第一水平螺孔(16)、第二垂直螺孔(6)、冷却水连接管(10)、第四垂直螺孔(9)、第二水平螺孔(7)和第三垂直螺孔(8)后回到热模拟试验机的冷却水系统中，形成热模拟应变试样(1)内的冷却水循环，并且，在上述热模拟应变试样(1)内的冷却水循环过程中，通过热模拟试验机的喷气冷却系统和高频加热补偿系统对热模拟应变试样(1)的冷却速度进行调节及控制； 所述热模拟应变试样(1)内的冷却水循环过程中的冷却水温度范围为20?401，冷却水水压范围为0.31？8?1.51%。
7.根据权利要求6所述的冷却方法，其特征在于:所述步骤2中，通过热模拟试验机的喷气冷却系统和高频加热补偿系统能使热模拟应变试样(1)的最大冷却速度达到50±1。。卜。
【文档编号】G01N3/02GK104316387SQ201410642945
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年11月13日 优先权日:2014年11月13日
【发明者】刘洋, 赵隆崎, 汪荣, 韩斌, 余晴, 邓攀 申请人:武汉钢铁(集团)公司