[发明专利]一种高通量锻造热模拟装置及方法

说明书

一种高通量锻造热模拟装置及方法，属于材料研发及加工领域。包括液压机、锻造上模、锻造室、行程导杆、整体式隔热装置、阶梯式样品台、电阻加热及温控系统、气流冷却及控制系统、压力传感器、位移传感器和压力位移数据采集处理系统。阶梯式样品台上排列放置成分不同、大小相同的样品，通过电阻加热及温控系统控制各个试样的目标加热温度，按照预先设定的压下行程和行程速率进行锻造热模拟实验。通过压力位移数据采集处理系统得到每个样品的应力应变曲线，对样品进行检测，高通量表征不同锻造工艺参数对材料组织、性能的影响，为材料锻造模拟提供大量的基础数据，验证材料锻造模拟结果，快速筛选最优试样及其最佳锻造工艺参数，缩短材料研发周期，降低研发成本。

技术领域

本发明属于材料研发及加工领域，特别是涉及一种高通量锻造热模拟装置及方法。

技术背景

先进材料是科技创新、经济社会发展和提高全球竞争力的核心。当前，先进材料的开发致力追求一种高效、低成本的研究方法，其中材料基因工程提供了一种材料计算模拟、高通量制备与表征和材料信息学/数据库相融合的协同创新研发理念。当前，由于受到计算能力、理论模型和基础数据的限制，大多数计算结果的准确性还远不能达到实验结果水平，难以满足实用的要求。因此，在由传统实验方法向新型预测方法的过渡中，高通量实验发挥着重要作用。

材料高通量实验是在短时间内完成批量样品的制备与表征，其核心思想是将传统材料研究中的顺序迭代改为并行处理，以提高材料研究效率。经过几十年的发展，作为材料基因组计划三大要素之一的材料高通量制备与表征技术已经取得了较大的发展，并被证明可有效的加速材料研发和应用进程。高通量实验不仅可以为材料模拟计算提供大量的基础数据，使材料数据库得到充实，还可以为材料模拟计算提供实验验证，使计算模型得到优化、修正。更为重要的是，材料高通量实验可快速提供有价值的研究成果，加速材料的筛选和优化。

锻造是一种广泛应用的材料加工工艺，其中镦粗是锻造中最常见的变形方式。合金成分、锻造变形量、变形温度等参数对合金的动态回复和动态再结晶有显著影响。通过Gleeble试验机压缩热模拟实验可以代替普通锻造镦粗热模拟实验，从而得到材料的应力应变等基础数据，但Gleeble试验机一次只能做一个压缩热模拟实验、效率较低，无法满足高通量热压缩模拟要求。本发明提供一种高通量锻造热模拟装置及方法，利用该装置和方法可以一次批量完成不同锻造工艺参数下的锻造热模拟实验，得到多个样品不同工艺条件下的应力应变曲线。该方法可以为材料锻造模拟提供大量基础数据，也可以验证材料锻造模拟结果，实现快速筛选最优试样及其最佳锻造工艺参数，从而大大缩短材料研发周期，降低研发成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高通量锻造热模拟装置及方法，可以一次批量完成不同锻造工艺参数下锻造实验，不仅可为材料锻造模拟提供基础数据，还可以验证材料锻造模拟结果，从而快速筛选最优试样及其锻造工艺参数。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种高通量锻造热模拟装置，其特征在于，包括液压机、锻造上模、锻造室、行程导杆、整体式隔热装置、阶梯式样品台，电阻加热及温控系统、气流冷却及控制系统、压力传感器、位移传感器和压力位移数据采集处理系统。锻造室内置阶梯式样品台，每行样品采用整体式隔热装置分隔开，这样方便控制温度和气流冷却，电阻加热及温控系统给样品提供热源，气流冷却及控制系统给样品冷却。

优选地，所述液压机采用2000KN四柱液压机，可以设定上滑块压下行程和压下速率。

优选地，所述锻造室内置阶梯式样品台、整体式隔热装置、电阻加热及温控系统、气流冷却及其控制系统，设计四个行程导杆，锻造室设置在液压机工作台上，锻造上模固定在液压机滑块上，在行程导杆的引导下运动。

优选地，所述阶梯式样品台放在锻造室内，同时与基座相固定。阶梯式样品台上，样品可以同时放置多行，每行可以放置多个，样品台每行的高度呈阶梯式均匀分布(相邻样品台高度差为1mm)。