[发明专利]一种高强度汽车钢冲击试样形变热处理的热力模拟方法

摘要

一种高强度汽车钢冲击试样形变热处理的热力模拟方法，属于热模拟技术领域。方法：1)以标准冲击试样的尺寸为基准，确定模拟试样尺寸，模拟试样由模拟长方体、2个阶梯台和2个夹持端组成；确定热模拟过程中的高温形变热处理工艺参数；2)在模拟试样的模拟长方体表面焊接热电偶；3)将模拟试样安装到热力模拟机上；4)对模拟试样进行加热处理，确定模拟试样加热后的均温区；5)对模拟试样进行压缩试验，确定模拟试样压缩后的均温区；6)对模拟试样进行冷却处理；7)模拟试样表面观察；8)将模拟试样加工成标准冲击试样并验证冲击过程是否有效；本发明热力模拟方法，可提高高强度汽车钢冲击试样组织准备的可重复性和工艺参数的控制精度。

主权项

1.一种高强度汽车钢冲击试样形变热处理的热力模拟方法，其特征在于，具体包括如下步骤：步骤1，进行(A)和(B)，(A)和(B)无先后顺序：(A)确定模拟试样尺寸：以标准冲击试样的尺寸为基准，确定模拟试样尺寸：标准冲击试样为长方体，设：长方体底面的长为H长，长方体底面的宽为H宽，长方体的高为H高；模拟试样的结构为一体式结构，模拟试样由模拟长方体、2个阶梯台和2个夹持端组成，在模拟长方体的两个底面的两侧分别设置有相同的阶梯台，阶梯台的两侧分别设置有相同的夹持端，阶梯台和夹持端均为长方体，设：模拟长方体的长与标准冲击试样的长平行，模拟长方体的宽与标准冲击试样的宽平行，模拟长方体的高与标准冲击试样的高平行，模拟长方体的高成为自由跨度，阶梯台的长与模拟长方体的长平行，阶梯台的宽与模拟长方体的宽平行，阶梯台的高与模拟长方体的高平行，夹持端的长与模拟长方体的长平行，夹持端的宽与模拟长方体的宽平行，夹持端的高与模拟长方体的高平行；设：模拟长方体的长为H模拟长，模拟长方体的宽为H模拟宽，模拟长方体的高为H模拟高；阶梯台的长为H阶长，阶梯台的宽为H阶宽，阶梯台的高为H阶高；夹持端的长为H夹长，夹持端的宽为H夹宽，夹持端的高为H夹高；则：2×(H夹高+H阶高)+H模拟高≤80mm；H模拟高≥10mm；H模拟长＝H长+Δh均；H模拟宽＝H宽+Δh均；H阶长＝H长+Δh阶；H阶宽＝H宽+Δh阶；H夹高满足热力模拟试验机夹具的夹持要求；H夹长＝H长+Δh夹；H夹宽＝H宽+Δh夹；其中：Δh均为模拟长方体长和宽的微调，Δh阶为阶梯台长和宽的微调，Δh夹为夹持端长和宽的微调，Δh阶＞Δh夹＞Δh均；(B)确定热力模拟过程中的高温形变及热处理工艺参数，包括加热方式、加热温度、加热速度、保温时间、变形温度、变形量、应变速率、冷却方式、冷却温度、冷却速度和冷却等温时间：步骤2，在模拟试样的模拟长方体表面焊接热电偶：(1)在模拟长方体侧表面，选定一个长和高构建的表面或宽和高构建的表面，确定2组K型热电偶的4个焊接点：该表面的中心点，为第一主热电偶焊接点；沿垂直于模拟长方体的高的方向上，距离中心点距离为D的点为第二主热电偶焊接点；沿平行于模拟长方体的高的方向上，第一主热电偶焊接点平移距离L的点，为第三辅助热电偶焊接点；沿平行于模拟长方体的高的方向上，第二主热电偶焊接点平移距离L的点，为第四辅助热电偶焊接点；其中，距离D为偶丝直径的4～10倍，距离L满足关系式，H模拟高：L≥4；(2)分别将两条主热电偶的偶丝的一端，焊接在第一主热电偶焊接点和第二主热电偶焊接点上；分别将两条辅助热电偶的偶丝的一端，焊接在第三辅助热电偶焊接点和第四辅助热电偶焊接点上；其中，焊接时，主热电偶的两条偶丝根部和辅助热电偶的两条偶丝的根部均与被焊接的模拟长方体侧表面垂直；步骤3，将模拟试样安装到热力模拟机上：(1)用两个夹具分别夹紧模拟试样的两个夹持端，并将夹具固定在热力模拟试验机操作箱内的试样夹紧装置上；(2)分别将两条主热电偶的偶丝的另一端，连接到操作箱内的一组内接线柱的正极和负极上；分别将辅助热电偶的偶丝的另一端，连接到操作箱内的另一组内接线柱的正极和负极上；步骤4，对模拟试样进行加热处理：对热力模拟试验机操作箱抽真空，设定加热方式、加热速率、加热温度和保温时间，启动夹具的冷却装置，对模拟试样进行加热处理；在保温过程中，主热电偶实测温度为T心，辅助热电偶实测温度为T边，通过(a)或(b)的调控方法满足T心‑T边≤5，具体的调控方法为：(a)当T心‑T边≤5不成立时，中止试验，更换夹具，选择具有低导热性能的夹具，重新开始步骤3；(b)当T心‑T边≤5不成立时，中止试验，重新调整辅助热电偶的焊接位置，缩小与主热电偶的距离L，重新开始步骤2；当T心‑T边≤5成立时，则在模拟长方体上确定模拟试样加热后的均温区：以第一主热电偶焊接点为对称中心，找到第三辅助热电偶焊接点的对称点，称为第五热电偶焊接点，那么在模拟长方体上，第三辅助热电偶焊接点所在横截面与第五热电偶焊接点所在横截面之间的区域，称为模拟试样加热后的均温区；即模拟试样加热后的均温区的高与模拟长方体的高平行且高为2L；步骤5，对模拟试样进行压缩试验：(1)模拟试样经加热和保温后，热力模拟试验机根据设定变形温度、变形量、应变速率，对模拟长方体进行压缩变形，压缩变形结束后在均温区域内产生镦粗区，设紧邻模拟长方体两侧的阶梯台台面之间的距离为H压缩高，则：实际变形量＝H模拟高‑H压缩高实际变形程度＝(H模拟高‑H压缩高)/H模拟高×100％；(2)在模拟长方体上确定模拟试样压缩后的均温区，在压缩后的模拟长方体上，第三辅助热电偶焊接点所在横截面与第五热电偶焊接点所在横截面之间的区域，称为模拟试样压缩后的均温区；步骤6，对模拟试样进行冷却处理：模拟试样热压缩变形完成后，热力模拟试验机根据设定的冷却方式、冷却温度、冷却速度和冷却等温时间冷却工艺参数，对模拟长方体进行热处理；步骤7：模拟试样表面观察：模拟试样热处理结束后，取下模拟试样，将镦粗区放大20倍及以上倍数，观察其表面是否出现裂纹：如有裂纹，更换模拟试样后，重新开始步骤2；如无裂纹，进行步骤8；步骤8，用标准冲击试样验证冲击过程是否有效：(1)以模拟试样的第一主热电偶焊接点所在横截面对应标准冲击试样的中心截面，将模拟试样加工成标准冲击试样，在标准冲击试样的中部位置开V型口或U型口并标注其均温区的范围，其中，标准冲击试样的均温区确定方法：以模拟试样的第一主热电偶焊接点所在横截面对应标准冲击试样的中心截面，标准冲击试样对应模拟试样压缩后的均温区的部分，称为标准冲击试样的均温区；(2)用摆锤冲击试验机或落锤冲击试验机对标准冲击试样进行冲击试验，将标准冲击试样冲断；(3)将冲断的标准冲击试样拼接起来，观察断裂面是否在标准冲击试样均温区范围内；如果断裂面处于标准冲击试样均温区范围内，则表明热力模拟过程成立，进而确定高强度汽车钢形变热处理参数：加热方式、加热温度、加热速率、保温时间、变形温度、变形量、应变速率、冷却方式、冷却温度、冷却速率和冷却等温时间工艺参数，即为热力模拟过程中模拟试样的对应参数；如果断裂面超出标准冲击试样均温区范围，进行(c)或(d)后，重新开始步骤4，直至断裂面处于标准冲击试样均温区范围内；(c)更换夹具，选择具有低导热性能的夹具，使得均温区增大，从而调整辅助热电偶的焊接位置，扩大与主热电偶的距离L；(d)增大模拟长方体的高度，按照H模拟高：L≥4关系式，相应调整辅助热电偶的焊接位置，扩大与主热电偶的距离L。