专利名称：热模拟试样冷却淬火用卡具的制作方法
技术领域：
本实用新型属于材料热加工物理模拟技术领域，具体是一种用于热模拟试样冷却 淬火的卡具，可用于包括高温拉伸、压缩、扭转等多种热变形模拟的冷却过程。
技术背景对材料和热加工工艺来说，物理模拟通常指利用小试件，借助于某试验装置再现 材料在制备或热加工过程中的受热，或同时受热与受力的物理过程，充分而精确地暴露与 揭示材料或构件在热加工过程中的组织与性能变化规律，评定或预测材料在制备或热加工 时出现的问题，为制定合理的加工工艺以及研制新材料提供理论指导和技术依据。目前，材 料现代物理模拟技术作为一种融材料科学、传热学、力学、机械学、工程检测技术、电子模拟 技术以及计算机领域的知识和技能为一体的独特的、跨学科的专业技术，利用少量的试验 即可代替过去一切都需要通过大量重复性的实验方法，节省大量人力、物力并用于研究目 前尚无法采用直接实验进行研究的复杂问题。目前，国内外在材料热模拟研究中主要是采用美国DSI公司出品的Gleeble系列 热/力模拟试验装置和日本富士电波工机株式会社研制的Thermecmastor-Z型高温模拟力 学试验机，其他一些在用的试验机也都是参考以上两类试验装置原理开发的。Gleeble热/ 力模拟试验装置在拉伸类实验中可配备冷却淬火卡具，采用气冷或水冷方式实现试样的控 制冷却。图1 (a)_图1 (b)为U型冷却淬火卡具的结构示意图，U型冷却淬火卡具包括运 动夹头1_1、U型结构冷却淬火卡具1-2、拉伸试样1-3、固定夹头1-4、连接管路1-5、冷却介 质容器I 1-6，U型结构冷却淬火卡具1-2位于拉伸试样1-3的中部，运动夹头1-1和固定 夹头1-4分别位于拉伸试样1-3的两端，U型结构冷却淬火卡具1-2通过连接管路1-5与 冷却介质容器I 1-6相通。该卡具为U型结构，在U型双臂上对称分布有若干冷却介质通 孔，且各位置通孔的轴线以不同角度分布，共同指向U型结构的中心部位，即试样加热的中 心部位。该卡具在使用的过程中遇到一些问题无法对压缩类实验尤其是变形量较大的压 缩试样以及扭转试样实施冷却淬火；试样的周向冷却作用不均勻，存在冷却“死区”，不能实 现气-水混合的均勻喷雾冷却
实用新型内容
针对目前热模拟试样冷却淬火过程中存在的以上问题，本实用新型提供一种热模 拟试样冷却淬火用卡具，适用于高温拉伸、压缩、扭转等多种热变形模拟试样的冷却过程， 试样周向冷却均勻无“死区”，可实现气-水混合均勻喷雾冷却的卡具结构。本实用新型的技术方案是一种热模拟试样冷却淬火用卡具，该卡具设有环状卡具本体，试样横向穿设于环 状卡具本体中，环状卡具本体上设有冷却介质混合室和单向控制阀，单向控制阀分别与冷 却介质混合室和冷却介质容器连接；环状卡具本体上分布有与穿设于环状卡具本体中的试 样相对应的通孔，该通孔与冷却介质混合室相通。[0007]所述的热模拟试样冷却淬火用卡具，环状卡具本体为三角形结构冷却淬火卡具或 圆环形结构冷却淬火卡具。所述的热模拟试样冷却淬火用卡具，三角形结构冷却淬火卡具设有三角形卡具本 体、连接管路、冷却介质容器I，三角形卡具本体通过连接管路与冷却介质容器I连接。所述的热模拟试样冷却淬火用卡具，三角形卡具本体上设有冷却介质混合室、单 向控制阀I、单向控制阀II，单向控制阀I和单向控制阀II与冷却介质混合室连接，并通过 连接管路分别与冷却介质容器I和冷却介质容器II连接，三角形卡具本体上分布有与伸入 三角形卡具本体中的试样相对应的通孔。所述的热模拟试样冷却淬火用卡具，圆环形结构冷却淬火卡具设有圆环形卡具本 体、连接管路、冷却介质容器I和冷却介质容器II，圆环形卡具本体分别通过连接管路与冷 却介质容器I和冷却介质容器II连接。所述的热模拟试样冷却淬火用卡具，圆环形卡具本体上设有冷却介质混合室、单 向控制阀I、单向控制阀II，单向控制阀I和单向控制阀II与冷却介质混合室连接，并通过 连接管路分别与冷却介质容器I和冷却介质容器II连接，圆环形卡具本体上分布有与伸入 圆环形卡具本体中的试样相对应的通孔。本实用新型的有益效果是本实用新型将卡具固定在热模拟试验装置的固定夹头上，并与冷却介质容器连 接。通过控制程序设定在热模拟过程中对试样进行均勻地气冷、水冷或气-水混合喷雾冷 却，实现冷却速度可控的冷却淬火过程。
图1(a)-图1(b)是U型结构冷却淬火卡具及其工作状态的示意图；图2是本实用新型三角形结构冷却淬火卡具的示意图；图3是本实用新型圆环形结构冷却淬火卡具的示意图。图中1-1运动夹头；1-2U型结构冷却淬火卡具；1-3拉伸试样；1_4固定夹头；1_5连接 管路；1-6冷却介质容器I。2-1三角形卡具本体；2-2冷却介质混合室；2-3单向控制阀I ;2_4单向控制阀II。3-1圆环形卡具本体；3-2冷却介质容器II，3-3压缩试样。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型进行详细说明。本实用新型热模拟试样冷却淬火用卡具中，设有环状卡具本体，试样横向穿设于 环状卡具本体中，环状卡具本体上设有冷却介质混合室和单向控制阀，单向控制阀分别与 冷却介质混合室和冷却介质容器连接；环状卡具本体上分布有与穿设于环状卡具本体中的 试样相对应的通孔，该通孔与冷却介质混合室相通。实施例1 如图2所示，本实用新型三角形结构冷却淬火卡具由三角形卡具本体2-1、连接管 路1-5、冷却介质容器I 1-6组成，三角形卡具本体2-1通过连接管路1-5与冷却介质容器I 1-6连接。其中，三角形卡具本体2-1上设有冷却介质混合室2-2、单向控制阀I 2-3、单 向控制阀112-4，单向控制阀I 2-3和单向控制阀II2-4与冷却介质混合室2_2连接，三角 形卡具本体2-1上分布有与穿设于三角形卡具本体2-1中的拉伸试样1-3相对应的通孔。本实施例中，GH4169合金高温拉伸试样需要以20°C /s的冷速从1000°C降低到 800°C，采用压缩空气以气冷的方式来实现。在高温拉伸实验结束后，通过热模拟试验机程 序控制使冷却介质容器I中的压缩空气经由连接管路1-5、单向控制阀I 2-3进入冷却介质 混合室2-2，然后通过三角形卡具本体2-1上分布的通孔流出，在高温拉伸试样的周向实现 均勻冷却，避免冷却“死区”的存在。实施例2 如图3所示，本实用新型圆环形结构冷却淬火卡具由圆环形卡具本体3-1、连接管 路1-5、冷却介质容器I 1-6和冷却介质容器II3-2组成，圆环形卡具本体3-1分别通过连 接管路1-5与冷却介质容器I 1-6和冷却介质容器II3-2连接。其中，圆环形卡具本体3-1 上设有冷却介质混合室2-2、单向控制阀I 2-3、单向控制阀112-4，单向控制阀I 2_3和单 向控制阀II2-4与冷却介质混合室2-2连接，并通过连接管路1-5分别与冷却介质容器I 1-6和冷却介质容器II3-2连接，圆环形卡具本体3-1上分布有与穿设于圆环形卡具本体 3-1中的压缩试样3-3相对应的通孔。本实施例中，TA12钛合金高温压缩试样3-3需要以150°C /s的冷速从1200°C降 低到700°C，采用气-水混合喷雾冷却的方式来实现。在高温压缩实验结束后，通过热模拟 试验机程序控制使冷却介质容器I 1-6中的压缩空气经由连接管路1-5、单向控制阀I 2-3 进入冷却介质混合室，同时使冷却介质容器II2-4中的水经由连接管路1-5、单向控制阀 II2-4进入冷却介质混合室。空气与水在冷却介质混合室内混合碎化，然后通过环形结构 冷却淬火卡具本体上均布的通孔流出，在高温压缩试样的周向实现均勻冷却，避免冷却“死 区”的存在。
权利要求1.一种热模拟试样冷却淬火用卡具，其特征在于该卡具设有环状卡具本体，试样横 向穿设于环状卡具本体中，环状卡具本体上设有冷却介质混合室和单向控制阀，单向控制 阀分别与冷却介质混合室和冷却介质容器连接；环状卡具本体上分布有与穿设于环状卡具 本体中的试样相对应的通孔，该通孔与冷却介质混合室相通。
2.按照权利要求1所述的热模拟试样冷却淬火用卡具，其特征在于环状卡具本体为 三角形结构冷却淬火卡具或圆环形结构冷却淬火卡具。
3.按照权利要求2所述的热模拟试样冷却淬火用卡具，其特征在于三角形结构冷却 淬火卡具设有三角形卡具本体、连接管路、冷却介质容器I，三角形卡具本体通过连接管路 与冷却介质容器I连接。
4.按照权利要求3所述的热模拟试样冷却淬火用卡具，其特征在于三角形卡具本体 上设有冷却介质混合室、单向控制阀I、单向控制阀II，单向控制阀I和单向控制阀II与冷 却介质混合室连接，并通过连接管路分别与冷却介质容器I和冷却介质容器II连接，三角 形卡具本体上分布有与伸入三角形卡具本体中的试样相对应的通孔。
5.按照权利要求2所述的热模拟试样冷却淬火用卡具，其特征在于圆环形结构冷却 淬火卡具设有圆环形卡具本体、连接管路、冷却介质容器I和冷却介质容器II，圆环形卡具 本体分别通过连接管路与冷却介质容器I和冷却介质容器II连接。
6.按照权利要求5所述的热模拟试样冷却淬火用卡具，其特征在于圆环形卡具本体 上设有冷却介质混合室、单向控制阀I、单向控制阀II，单向控制阀I和单向控制阀II与冷 却介质混合室连接，并通过连接管路分别与冷却介质容器I和冷却介质容器II连接，圆环 形卡具本体上分布有与伸入圆环形卡具本体中的试样相对应的通孔。
专利摘要本实用新型属于材料热加工物理模拟技术领域，具体是一种用于热模拟试样冷却淬火的卡具，可用于包括高温拉伸、压缩、扭转等多种热变形模拟的冷却过程。该卡具设有环状卡具本体，试样横向穿设于环状卡具本体中，环状卡具本体上设有冷却介质混合室和单向控制阀，单向控制阀分别与冷却介质混合室和冷却介质容器连接；环状卡具本体上分布有与穿设于环状卡具本体中的试样相对应的通孔，该通孔与冷却介质混合室相通。本实用新型适用于高温拉伸、压缩、扭转等多种热变形模拟试样的冷却过程，试样周向冷却均匀无“死区”，可实现气-水混合均匀喷雾冷却的卡具结构。
文档编号C21D1/667GK201908110SQ20102064999
公开日2011年7月27日 申请日期2010年12月9日 优先权日2010年12月9日
发明者张重远, 王峥, 王瑞雪, 程明 申请人:中国科学院金属研究所