[发明专利]实现热加工模拟与性能测试一体化的试验方法

说明书

技术领域

    本发明属于钢铁材料热模拟与性能测试领域，具体地说是一种能够实现热加工模拟与性能测试一体化的试验方法。

背景技术

    控制轧制和控制冷却技术的目标是实现晶粒细化和细晶强化，改善组织性能，要更好的达到这个目的，需要研究控轧和控冷过程中各工艺参数对钢材微观组织、力学性能的影响规律。实际生产中控轧和控冷过程要经过坯料加热-控制轧制-控制冷却-组织分析-性能测试等环节，其周期长，且控轧过程受变形温度、变形速率、变形量等诸多因素影响，控冷过程受道次停留时间、开冷温度及终冷温度等诸多因素影响，实际成本高，部分参数难以达到精确控制，为上述规律的研究带来了困难。

Gleeble-3500热模拟试验机属美国DSI（Dynamic Systems Inc.）科技联合体研制生产的Gleeble系列，由加热系统、加力系统以及计算机控制系统三大部分组成，可用于流变强度较低的所有金属材料及其热加工过程模拟研究。Gleeble实验时，试样中的均温区宽度，沿试样长度方向（轴向）或横向（径向）的温度梯度可以随意控制，既可进行均温实验，亦可进行温度梯度控制实验。采用Gleeble-3500热模拟试验机模拟控轧、控冷过程，可以精确地控制变形温度、变形量、应变速率、冷却速度等关键工艺参数，模拟实验的结果可以反映出实际构件或材料的受热与受力情况，从而再现出被模拟对象微观结构和宏观性能的变化。Gleeble-3500模拟热加工工艺所采用的试样形式通常为Φ8×12mm、Φ10×15mm或Φ10×12mm，该试样形式经Gleeble-3500热模拟之后只适于进行组织观察和硬度测试，拉伸试样和冲击试样受尺寸限制无法加工，因而无法对热模拟后的样品进行力学性能测试。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能够实现热加工模拟与性能测试一体化的试验方法。其采用设有通孔的夹持卡具与热模拟试验机的不锈钢卡具相配合来定位加长、加粗了的模拟试样，用以模拟热压缩变形过程，然后将热加工模拟后的模拟试样沿轴向方向加工成标准冲击试样进行冲击性能测试；在模拟试样的均温区，沿径向方向加工成微拉伸试样进行常温拉伸性能测试，从而实现热加工与性能测试一体化。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种实现热加工模拟与性能测试一体化的试验方法，该方法首先制作模拟试样进行热加工模拟，然后将模拟试样加工成冲击试样和微拉伸试样进行性能测试，按照下述步骤进行：

A、制作2根以上Φ10-15mm×75-85mm的模拟试样，将模拟试样的两端分别借助设有通孔的夹持卡具定位在热模拟试验机的工作型腔内、且端部用不锈钢卡具限位，然后按照设定的参数进行热压缩变形的模拟试验，冷却至室温后进行组织分析；

B、取其中一根模拟试样，沿其轴向方向加工成标准冲击试样，进行冲击试验；

C、另取模拟试样，在均温变形区切取厚度为1~3mm的圆形薄片，切割成“工”字形的微拉伸试样；

D、将微拉伸试样两端用带有定位组件的拉伸卡具卡住，进行拉伸性能测试。

采用上述技术方案产生的有益效果在于：（1）采用本发明的模拟试样进行热加工模拟后，可先进行组织观察和硬度测试，然后还可以切割成标准的冲击试样进行冲击性能测试；（2）模拟试样经过控轧控冷工艺模拟之后，均温区经过高温变形，轴向组织、性能差异很大，而径向组织相对均匀，HV₁₀差别不超过15（除去边缘两点），沿模拟试样径向的方向切取1~3mm的圆形薄片，然后将圆形薄片切割成“工”字形微拉伸试样进行拉伸试验，结果表明与标准试样的拉伸性能相比，所得数据相差不大；（3）在微拉伸卡具的技术方案中，所述微拉伸卡具可精密地将微拉伸试样的腿进行压紧定位，以保证拉伸过程中的单轴拉应力而不产生剪切力。

附图说明

图1是本发明模拟试样的定位结构示意图；

图2是本发明从均温区切割得到的微拉伸试样结构示意图；

图3a和图3b分别是本发明上盖的主视和左视结构示意图；

图4a和图4b分别是本发明夹持芯的主视结构示意图和B-B向剖视图；

图5是上盖、夹持芯和下盖组合后沿C-C向的断面图；

图6a~图6e是本发明热压缩组织均匀性验证结果；其中，图6a表示显微硬度值，图6b表示距中心点0位置左2mm处显微组织；图6c表示中心点0位置处显微组织；图6d表示距中心点0位置右2mm处显微组织，图6e表示距中心点0位置右4mm处显微组织；