用于热模拟试验中的垫片及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于热模拟试验中的垫片及其制备方法，属于材料性能检测领域。
【背景技术】
[0002]热力模拟实验机是一种用于研究材料在高温下变形行为的实验设备，主要有压缩、拉伸、扭转三种变形方式，其中压缩变形的应用最为广泛，尤其是在金属压延加工行业，是制定加工工艺不可缺少的设备。但这种设备在进行压缩试验时存在两个不利因素。一是试样端部与压头之间的摩擦使得试样在端部表面受到一个径向约束力，使得试样变形不均匀，从而产生鼓形并造成应变的不均匀分布，使得无法得到准确的组织。对于摩擦对变形的影响，通常采用变形后试样中部直径与试样端部直径比值d来描述，该比值越大，则表明摩擦对变形试样变形不均匀影响越大，从而对应变分布的影响越大，在理想情况下(无摩擦影响)该比值为1，而在不采取润滑措施时该比值在1.3?1.4左右；二是压头的温度较低，一般实验前为室温。而在压缩实验时，试样会被加热到800?1200°C左右。这样试样端部与压头之间存在热传导，从而使得试样端部温度偏低，导致试样整体变形不均匀，导致试验无法获得准确的组织和变形抗力。对于端部冷却影响的评价，通常使用保持原试样直径尺寸部位的长度与原始试样长度的比值s这个标准，该比值越大端部冷却的影响越大。在理想情况下(即无端部冷却时)该比值为0，而在某些热传导系数较低的材料中该比值可达
0.4左右。
[0003]传统上人们对于摩擦对热模拟实验的认识较为充分，所以采取了多种手段来减少摩擦的影响，如在试样与压头中间放置纯石墨片等润滑剂来减少摩擦力。但这种措施虽然有效地减少了摩擦力，但对减少由于样品与压头之间的热传导导致的试样端部温度不均匀造成的变形不均匀却没有任何效果。这是因为石墨片在装夹时只能是常温装夹，石墨片本身不能被感应加热，因此当试样被加热到高温时(900?1200°C )，由于试样与石墨片存在较大温差导致二者之间的热传导会造成试样端部冷却，因此石墨片只能起到减少摩擦而无法改变端部冷却问题。由于试样是被感应加热的，因此在试样与压头之间加装金属片是一个解决试样端部温度较低造成的试样变形不均匀问题的有效手段。但在高温下金属垫片与金属制样之间会产生一个较大的摩擦力，导致从而产生不利的影响。这种摩擦力的产生主要是因为金属垫片不能随意变形，从而对试样产生约束。因此到目前为止还没有一种有效的手段可以同时解决摩擦和端部冷却的问题，有很多研究也在这方面做了尝试，如中国专利CN101182862提出了一种金属+石墨表面的垫片，它是由锌合金基体和固体润滑材料镶嵌在一起构成，它的特点还是在于在金属上使用了石墨棒来作为润滑，与传统使用石墨片进行润滑是同一原理。这种方法的缺陷在于只能解决润滑问题，而对于端部冷却问题造成的试样变形不均匀问题却无能为力。中国专利CN101780551A提出了一种常温润滑片，该润滑片具有形成于基材上的润滑树脂层，该润滑树脂层包含对水的溶解度不同的两种以上的水溶性树脂，且通过微相分离而形成，该专利的特征在于使用树脂材料进行润滑，但该种垫片由于熔点较低，因此无法在高温使用，而热模拟试样通常在700°C以上进行。中国专利CN1257908提出一种金属热塑性加工用的润滑剂，特别是一种金属热加工用不含石墨的润滑剂。该技术存在两个问题，第一是在常温时为液态，在热模拟试验时无法装夹。而是可以改善摩擦问题，但对试样端部冷却问题造成的试样变形不均匀问题没有效果。中国专利CN1468944提出一种高温合金管材热挤压专用玻璃润滑剂，该技术不仅具有高温润滑作用，还具有隔热作用，减轻了坯料温度的降低；而且化学性质稳定，不与坯料金属发生化学反应；在使用温度下本发明润滑剂成粘稠状，润滑效果良好。从而提高了产品质量，提高了生产效率，降低了生产成本。实验表明，采用该技术比采用其它润滑剂挤压凹模的寿命提高一倍以上；挤压管坯表明质量达到要求；与其它润滑剂相比挤压力降低18%，降低了能源消耗；减缓坯料表面温度的降低，提高了材料的塑性。与现采用的钻孔冷乳方法相比，材料可节约10%以上，效率可提高100%以上，成本降低40%以上。该技术提出了其润滑剂不但有润滑作用，并且还存在隔热作用。但由于其本身不能被感应加热，因此其与试样之间必然存在较大的温度差，因此热传导不可避免，必然造成试样端部温度低于心部的问题，从而导致造成的试样变形不均匀。
【发明内容】
[0004]本发明提出一种垫片，可有效地解决采用感应加热方式的热模拟试验机在实验过程中由于摩擦和端部冷却所导致的试样变形不均问题，从而提高热模拟实验结果的准确性和精度。
[0005]为了实现上述目的，本发明通过如下方案实现:
[0006]用于减少热模拟试验中摩擦与冷却所导致的样品变形不均匀的垫片，由按重量百分数计的如下组分组成:
[0007]金属粉末:60?70%;
[0008]玻璃粉末:25?35%;
[0009]粘结剂: 3?5%;
[0010]其中，所述金属粉末和玻璃粉末的粒径均为微纳级，即粉末的粒径为纳米到微米级。
[0011]首先，由于金属粉末的存在，该垫片可被感应加热，达到较高的与试样接近的温度，隔绝压头与试样之间的热传导，从而缓解现有技术中试样端部冷却对热模拟实验结果造成的不利影响。它与现有技术的不同在于金属粉末的存在，因此可被感应加热，使得垫片与试样间的温度差减少，从而在起到润滑效果的同时，可以显著改善试样由于与垫片间的热传导导致的试样端部冷却造成的试样变形不均匀问题。
[0012]其次，由于玻璃粉末的存在，使用该垫片不但可以解决端部冷却问题还可以减少压头与试样之间的摩擦系数。这是因为玻璃粉在实验温度(800?1200°C时)会呈现熔融状态，减少压头与试样间的摩擦，缓解摩擦对热模拟实验带来的不利影响。综上所述，使用该垫片可同时缓解摩擦和端部冷却对热模拟实验结果带来的不利影响。
[0013]作为优选方案，所述金属粉末与样品的成分一致。
[0014]作为优选方案，所述粘结剂包括聚乙烯醇缩丁醛、聚乙二醇和聚维酮中的至少一种。
[0015]—种如本发明所述用于减少热模拟试验中摩擦与冷却所导致的样品变形不均匀的垫片的制备方法，其包括如下步骤:
[0016]首先将金属粉末与玻璃粉末充分混合，然后加入粘结剂，充分搅拌后进行压片，制得薄片，即为用于减少热模拟试验中摩擦与冷却所导致的样品变形不均匀的垫片。
[0017]作为优选方案，所述薄片的直径为10?14mm，高度为I?2mm。
[0018]本发明的优点在于:
[0019]首先，由于金属粉末的存在，该垫片可被感应加热，达到较高的与试样接近的温度，隔绝压头与试样之间的热传导，从而缓解现有技术中试样端部冷却对热模拟实验结果造成的不利影响。它与现有技术的不同在于金属粉末的存在，因此可被感应加热，使得垫片与试样间的温度差减少，从而在起到润滑效果的同时，可以显著改善试样由于与垫片间的热传导导致的试样端部冷却造成的试样变形不均匀问题。
[0020]其次，由于玻璃粉末的存在，使用该垫片不但可以解决端部冷却问题