[发明专利]金属材料HAZ试验的快速冷却方法及配套的试验工装

说明书

技术领域

本发明属于金属材料的热力物理模拟试验技术领域，准确的说是涉及一种在对金属材料进行焊接热影响区HAZ(Heat affected zone)试验中对金属试样进行快速冷却的冷却方法及用于实施该方法的金属试样试验工装。

背景技术

金属材料的成形性能和新材料的开发在科学研究和工程应用中具有非常重要的作用。随着材料科学的迅速发展，低合金钢、超合金钢、有色金属和不同性能的特种合金在工业上得到广泛的应用，其中，金属材料的热加工，特别是焊接是重要的成形连接方法。在对金属材料进行焊接热影响区HAZ试验时，为满足金属试样新的工艺参数要求，需要对高温金属试样进行快速冷却。我国目前对金属材料进行热力物理模拟试验的设备主要采用的是美国DSI公司生产的Gleeble系列热力物理模拟试验机。这种Gleeble系列热力物理模拟实验机上用于装夹金属试样的夹持装置结构如图1所示，其包括相对间隔设置用于夹持在金属试样两端的左夹具座101和右夹具座102，两夹具座101、102上分别通过斜面滑动装配有两个相对配合用于夹持金属试样的夹块103。现有的快速冷却方法是在两夹具座中分别连通恒温冷却水，如中国专利公开文件CN2627492Y公开了一种电阻型热模拟试验机试验夹头装置，这种冷却装置对一般标准HAZ试验的最大冷却速度达100℃/s，而如果试验需要达到更大的冷却速度，如140℃/s或更高时则难以满足。中国专利公开文件CN201021918Y公开了一种热模拟试验机的试样急冷装置，该装置是在试样的上下方相对设有冷却液喷头，采用垂直于试样的方向将冷却液喷射到金属试样上实施快速冷却。由于金属试样在高温下已接近熔点，因而金属试样的强度已经非常低，一旦受到垂直喷射的水流很容易则会被高速水流冲断或冲变形，造成试验失败；另一方面这种冷却液喷头均设置在金属试样的一侧，而与冷却液喷头相背的金属试样背面难以接触到冷却水，因而冷却液与金属试样之间的接触面积较小，造成金属试样冷却速度较慢，而且金属试样各部分冷却速度不同，造成试验的精度较低。

发明内容

本发明的目的是：提供一种金属材料的HAZ试验方法，以解决目前用热力物理模拟试验机对金属材料进行HAZ试验过程中采用垂直于金属试样表面方向喷射冷却水容易将高温金属试样冲断的问题。

该金属材料的HAZ试验方法的技术方案是：一种金属材料的HAZ试验方法，该试验方法第一步先固定金属试样，即将金属试样的两端分别固定在对应夹具座的两夹块的夹持面之间；第二步，将金属试样加温到设定温度；第三步，通过设置于对应夹具座两夹块中的冷却水通道沿平行于金属试样表面延伸方向喷射冷却水，使冷却水沿金属试样表面由金属试样的两端相对流向金属试样的中部，从而达到对金属试样的快速冷却。

在所述对应配合的两夹块的相对面上分别开设有用于与金属试样表面吻合的夹槽，夹槽的内壁面构成夹块的夹持面，在所述各夹块的夹持面上分别开设有与夹槽延伸方向平行的出水槽，各出水槽与所述金属试样表面配合构成所述的冷却水出水通道，各出水槽在对应外端面上的开口与金属试样表面配合构成所述的冷却水通道出水孔。

所述的冷却水先通过对应设置的分水装置等量均分为四等分后通入各夹块的冷却水通道中。

同时，本发明还提供了一种专用于实施上述金属材料HAZ试验方法的金属试样HAZ试验工装，该试验工装的技术方案是：一种用于金属材料HAZ试验的试验工装，该试验工装包括相对间隔设置的两夹具座，两夹具座中各设有一对相互配合用于夹持在金属试样对应端部的夹块，所述的夹块具有朝向另一夹具座的外端面及与相邻夹块对应配合用于夹持在金属试样表面的夹持面，在所述各夹块中分别开设有冷却水通道，所述的冷却水通道具有开设于对应夹块中的进水通道和用于靠近金属试样表面的出水通道，所述出水通道平行于对应夹块的夹持面并在对应夹块的外端面上设有朝向另一夹具座的出水孔。

在所述对应配合的两夹块的相对面上分别开设有用于与金属试样表面吻合的夹槽，夹槽的内壁面构成夹块的夹持面，在所述各夹块的夹持面上分别开设有与夹槽延伸方向平行的出水槽，各出水槽与所述金属试样表面配合构成所述的冷却水出水通道，各出水槽在对应外端面上的开口与金属试样表面配合构成所述的冷却水通道出水孔。

所述的夹槽为V形槽，在V形槽的两槽壁面上分别开设有所述的出水槽，各出水槽围绕金属试样表面均匀分布。

所述的各夹块采用铜或铜合金制成。

所述冷却水通道出水孔的截面积沿出水方向逐渐增大。