专利名称：一种应力-电场-温度多外场综合时效热处理设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种时效热处理设备，特别是涉及一种应力-电场-温度多外场 综合时效热处理设备。
背景技术：
对于时效硬化型合金，时效过程中析出的强化相的种类、数量、形貌、大小、分布和 取向等微观组织特征是合金力学性能和疲劳性能的重要影响因素。因此，对微观组织结构 的精细调控的研究成为材料科学与工程领域的热点之一。近年来，有学者开发出了一些新 型的时效处理方法如应力时效(在时效过程中引入一小于屈服极限的应力)、电场时效等 (在时效过程中施加一定强度的静电场)。研究结果表明，施加这种特殊的外场后，会使析 出过程产生显著的变化，这为精细调控析出相的种类、数量、形貌、大小和取向提供了有效 的途径。应力时效还与“时效成形”紧密相关。时效成形是将人工时效和加工成形相结合， 利用铝合金在弹性应力作用下于一定的温度下时效时发生缓慢蠕变变形，从而得到了具有 复杂的弧面板形构件。时效成型与传统的冷滚弯以及铆接组装技术相比，明显简化了加工 流程，可以节省模具，降低加工费用。目前可以用于应力时效的装置主要有蠕变试验机，但是现有的蠕变试验机不足之 处为1)只能提供单一方向的应力-拉应力或压应力，无法在同一设备中实现两种应力；2) 其主要应用于材料性能的测试领域，很少用于长时间的材料热处理实验中；3)设备比较昂 贵且占地面积大，搬运和安放不方便。电场时效大都采取的装置构造为利用不锈钢包套将 样品包裹起来，而且在样品和包套之间填充一些绝缘材料，如云母片或陶瓷片。国内外尚未 有文献报道将应力-电场-温度三种外场相结合起来的研究文献，相关的专用热处理设备 也未见报道。因此，如果设计一套装置，能克服上述装备的缺点，又能将应力-温度-电场 等同时应用于合金时效过程中，不仅具有一定的技术进步，还具有较大的生产实用价值。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种能将应力、电场和温度场三种外场相 结合，可以对应力的性质和大小、温度的高低、电场的性质大小等多种控制因素灵活可调与 组合的应力-电场-温度多外场综合时效热处理设备。为了解决上述技术问题，本实用新型提供的应力-电场-温度多外场综合时效热 处理设备，底座上设有机架型钢，在所述的机架型钢上设有机架中横梁和机架上横梁，左立 柱和右立柱连接于所述的底座和所述的机架中横梁之间，在所述的左立柱和右立柱上滑动 套装有下滑动板、中滑动板和上滑动板，在所述的下滑动板上安装有作用于所述的中滑动 板的加载动力装置，所述的下滑动板与所述的上滑动板之间连接有拉伸弹簧，所述的中滑 动板与所述的上滑动板之间设有压缩弹簧，在所述的底座上设有对所述的下滑动板或中滑 动板进行限位的滑动板限位器，轴向约束套绝缘安装在所述的机架中横梁上，下样品夹具
3滑动安装在所述的轴向约束套内且一端绝缘安装在所述的上滑动板上，上样品夹具通过测 力传感器与承力杆连接，所述的承力杆绝缘安装在所述的机架上横梁上，在所述的机架中 横梁上设有作用于安装在所述的下样品夹具和上样品夹具上的样品的电阻炉，两块不锈钢 电极板通过螺栓连接构成一环形分布的电场作用于安装在所述的下样品夹具和上样品夹 具上的样品上，在所述的机架中横梁上设有与所述的电阻炉电连接的温度控制器、与所述 的测力传感器电连接的测力传感器显示屏、与所述的不锈钢电极板电连接的高压直流电 源。所述的加载动力装置为螺旋千斤顶。所述的下滑动板、中滑动板和上滑动板均设有导向铜套与所述的左立柱和右立柱 滑动连接。与样品相连接的部分与整个设备的机架和所述的电阻炉之间利用云母法兰进行 绝缘连接。所述的电阻炉为三面发热的低温电阻炉。采用上述技术方案的应力-电场-温度多外场综合时效热处理设备，包括机架、加 载部分、测力部分、加热部分、电场部分和绝缘部分。机架由底座、机架型钢、机架中横梁和 机架上横梁构成，用于安装和固定加载部分、测力部分、加热部分和电场部分。本实用新型 的关键技术就是要在一套设备中能同时实现拉应力、压应力、强静电场、温度场。在本实用 新型中，应力场通过螺旋千斤顶的相对运动来产生直线运动，从而对试验样品施加轴向拉 应力或压应力。电场由高压直流电源来提供，样品和电场的电极之间要进行绝缘处理。温 度则由三面发热的低温电阻炉提供。本实用新型的工作原理动力源为螺旋千斤顶所产生的压力，并通过拉伸弹簧或压缩弹簧的缓冲作用实现 力的平稳连续可调。工作时其带动滑动板和夹具向下移动，可对时效电阻炉中的样品施加 拉应力；向上移动则施加压应力。通过测力传感器和相应的测力显示器可以对力的大小进 行不断的调整。通过对温度控制器设定一定的加热程序，可实现对温度的控制。通过高压 直流电源的输出，并结合两块平行的不锈钢电极板，实现了电场的施加，(电场可调)。本实用新型的优点1.首次制造了应力-电场-温度三种外场同时作用的时效热处理设备。2.可对多种控制因素进行灵活调整，组合，实现单一的外场处理，两种或三种外场 同时进行。3.相对于利用液压原理或滚珠丝杆传动原理制成的拉压设备，本设备具有简单实 用、制造成本低的优点。4.加载系统设计方法新颖、构思巧妙，利用最简单的结构和直线运动实现了两种 应力之间的转换。
图1为应力、电场、温度多外场复合时效热处理设备示意图；图2为施加电场的不锈钢包套结构主视示意图；图3为不锈钢包套结构左视示意图。
具体实施方式
下面结构附图和具体实施方式
对本实用新型作进一步说明。参见图1、图2和图3本实用新型的一个实施例是这样实施的(一 )加载部分图1中，由底座1、立柱定位板2、左立柱3、右立柱4、机架型钢6、 机架中横梁20、机架上横梁42构成一拉、压加载框架。四根机架型钢6、两块下立柱定位板 2焊接在底座1上，机架中横梁20、机架上横梁42分别与四根支架型钢6焊接，另外两块上 立柱定位板21焊接在机架中横梁20上。左立柱3、右立柱4通过螺母固定在上下两块上立 柱定位板21、下立柱定位板2之间。下滑动板8、中滑动板9、上滑动板10分别利用圆柱形 的导向铜套7与左立柱3和右立柱4构成滑动连接。将螺旋千斤顶11利用螺母将其固定 在下滑动板8上。在上滑动板10和下滑动板8上分别焊接八个圆形挂钩12，对拉伸弹簧 13进行定位；在中滑动板9上钻孔四个，以穿过拉伸弹簧13 ；中滑动板9与上滑动板10之 间设有压缩弹簧15，中滑动板9的中心位置焊接一定高度的圆柱块14，对压缩弹簧15进行 定位。上样品夹具38、测力传感器39和承力杆40之间以螺纹形式连接。承力杆40通过第 二螺母43和第一云母法兰41固定在机架上横梁42上。在底座1上设有对下滑动板8或 中滑动板9进行限位的滑动板限位器5。轴向约束套27通过第一云母垫圈23、第二云母法 兰25和螺栓沈绝缘安装在机架中横梁20上，下样品夹具19滑动安装在轴向约束套27内 且一端通过第三云母法兰8、第二云母垫圈17和第一螺母16绝缘安装在上滑动板10上，测 力传感器39与测力传感器显示屏30电连接。拉伸实验时，取下压缩弹簧15，利用滑动板限 位器5将中滑动板9固定，在下样品夹具19和上样品夹具38之间通过销钉对样品36进行 固定，然后旋动螺旋千斤顶11，下滑动板8向下运动，经过四根拉伸弹簧13的缓冲作用，带 动上滑动板10和下样品夹具19 一起缓慢的向下运动，从而对样品36施加拉力。压缩实验 时，将四根拉伸弹簧13取下，利用滑动板限位器5将下滑动板8固定，旋动螺旋千斤顶11 实现对样品的压缩作用。在拉伸或压缩的过程中，压力的大小由测力传感器39和相应的测 力传感器显示屏30输出，可以根据实验要求，调节应力的大小。在加载时，导向铜套7和轴 向约束套27的约束作用可以保证下滑动板8、中滑动板9、上滑动板10和下样品夹具19平 稳垂直的向上或向上移动。实验过程中，由于螺旋千斤顶11有自锁作用，因此，力的大小将 保持不变，实现恒定的载荷。( 二)电场部分参见图2和图3，高压直流电源四与不锈钢电极板34电连接，静 电场由高压直流电源四提供，待样品36安装完毕后，两块不锈钢电极板34通过螺栓连接 构成一环形分布的电场作用于安装在下样品夹具19和上样品夹具38上的样品36上，这样 在样品36和不锈钢电极板34就形成了一定强度的静电场，实现了电场时效。(三)控温部分在机架中横梁20上通过电阻炉支撑板M设有作用于安装在下样 品夹具19和上样品夹具38上的样品36的低温电阻炉32，低温电阻炉32采用三面发热的 形式，低温电阻炉32上设有电阻炉发热体33，保证了整个炉膛内的温度均勻性和稳定性。 低温电阻炉32与温度控制器28电连接，温度控制器28采用上海国龙研制的TCW-32A型智 能温控仪表，控制精度高，误差在士 1 °C范围内，并且可以调节升温速率，保证了在应力施加 后可以在很短的时间内获得实验要求的温度范围。(四)绝缘部分在与样品36接触的整个中轴线上，全部采用云母法兰与机架和电阻炉部分进行绝缘处理，下样品夹具19与低温电阻炉32之间设有第四云母法兰31，上样 品夹具38与低温电阻炉32之间设有第五云母法兰37。样品36和不锈钢电极板34之间填 充一定厚度的云母片35，保证不会击穿破坏电场。
权利要求1.一种应力-电场-温度多外场综合时效热处理设备，其特征在于底座(1)上设有机 架型钢(6)，在所述的机架型钢(6)上设有机架中横梁00)和机架上横梁(42)，左立柱(3) 和右立柱(4)连接于所述的底座(1)和所述的机架中横梁OO)之间，在所述的左立柱(3) 和右立柱(4)上滑动套装有下滑动板(8)、中滑动板(9)和上滑动板(10)，在所述的下滑动 板(8)上安装有作用于所述的中滑动板(9)的加载动力装置，所述的下滑动板(8)与所述 的上滑动板(10)之间连接有拉伸弹簧(13)，所述的中滑动板(9)与所述的上滑动板(10) 之间设有压缩弹簧(15)，在所述的底座(1)上设有对所述的下滑动板(8)或中滑动板(9) 进行限位的滑动板限位器(5)，轴向约束套(XT)绝缘安装在所述的机架中横梁00)上，下 样品夹具(19)滑动安装在所述的轴向约束套(XT)内且一端绝缘安装在所述的上滑动板 (10)上，上样品夹具(38)通过测力传感器(39)与承力杆00)连接，所述的承力杆GO)绝 缘安装在所述的机架上横梁G2)上，在所述的机架中横梁OO)上设有作用于安装在所述 的下样品夹具(19)和上样品夹具(38)上的样品的电阻炉，两块不锈钢电极板(34)通过螺 栓连接构成一环形分布的电场作用于安装在所述的下样品夹具(19)和上样品夹具(38)上 的样品上，所述的电阻炉电连接有温度控制器( )、所述的测力传感器(39)电连接有测力 传感器显示屏(30)、所述的不锈钢电极板(34)电连接有高压直流电源09)。
2.按照权利要求1所述的应力-电场-温度多外场综合时效热处理设备，其特征在于 所述的加载动力装置为螺旋千斤顶(11)。
3.按照权利要求1或2所述的应力-电场-温度多外场综合时效热处理设备，其特征 在于所述的下滑动板8、中滑动板9和上滑动板10均设有导向铜套(7)与所述的左立柱 (3)和右立柱(4)滑动连接。
4.按照权利要求1或2所述的应力-电场-温度多外场综合时效热处理设备，其特征 在于与样品相连接的部分与整个设备的机架和所述的电阻炉(32)之间利用云母法兰进 行绝缘连接。
5.按照权利要求1或2所述的应力-电场-温度多外场综合时效热处理设备，其特征 在于所述的电阻炉为三面发热的低温电阻炉(32)。
专利摘要本实用新型公开了一种应力-电场-温度多外场综合时效热处理设备，在左立柱(3)和右立柱(4)上滑动套装有下滑动板(8)、中滑动板(9)和上滑动板(10)，在下滑动板(8)上安装有加载动力装置，下滑动板(8)与上滑动板(10)之间连接有拉伸弹簧(13)，中滑动板(9)与上滑动板(10)之间设有压缩弹簧(15)，在底座(1)上设有滑动板限位器(5)，下样品夹具(19)安装在上滑动板(10)上，上样品夹具(38)通过测力传感器(39)安装在机架上横梁(42)上，在机架中横梁(20)上设有电阻炉，两块不锈钢电极板(34)作用于样品上。本实用新型可以对应力的性质和大小、温度的高低、电场的性质大小等多种控制因素灵活可调与组合。
文档编号C21D1/78GK201817522SQ20102051679
公开日2011年5月4日 申请日期2010年9月3日 优先权日2010年9月3日
发明者文智, 易丹青, 李荐, 王宏伟, 王斌, 蔡金伶 申请人:中南大学