可控制均温区长度的Gleeble热拉伸试样及夹具的制作方法

本发明涉及实验固体力学技术领域，具体地涉及一种可控制均温区长度的gleeble热拉伸试样及夹具。

背景技术：

热模拟试验技术能简便地模拟金属材料在热加工过程中的行为，在金属热加工技术研究邻域已经较为普遍的使用，特别是针对热加工过程中由于温度的急剧变化而发生组织变化的材料(如热冲压硼钢、钛合金等)，准确测定其在动态变温条件下的力学性能尤为重要，使用热模拟试验技术能较好地满足这一测试需求。热模拟试验中关键的问题是加热和控温，目前使用较多的gleeble热模拟试验机的加热方式为自阻加热，并通过焊在试样上的电偶丝测温反馈从而实现控温，这种方式原则上只能精确控制测温点的温度，在试样的其他区域会存在温度梯度，这势必会影响测试结果的准确性。温度梯度在可接受范围内的试样区域称为均温区，目前使用gleeble热模拟试验机的原装夹具还不能有效控制试样的均温区长度。已有研究表明，当电流在试样中流过的路程改变时，试样测试区域的均温区长度会有所改变，但测试要求及试验机操作空间的限制不允许试样尺寸的变化幅度太大。目前，解决均温区长度控制问题的方案还不多见，m.ganapathy等人(m.ganapathyetal.,matecwebconf.,2015.；m.ganapathyetal.,exp.mech.,2018.)曾通过更改试样尺寸及夹具结构获得了较为理想的均温区长度，但其装置较为复杂，操作过程多有不便。由此可见，需要一种能方便有效地控制均温区长度的gleeble试样及夹具。

公开号为cn108007769a的专利文献公开了一种极低模量复合材料高温拉伸试验夹具及方法，包括上拉伸单元和下拉伸单元两部分；所述拉伸单元包括u形夹具、垫片、紧固螺钉、挡板、和预紧螺钉。该发明的有益效果是：该夹具可以使试样在加热过程中自由膨胀，消除热应力的影响，从而提高试验结果的准确性；该夹具与试样的连接采用圆弧端面加载的悬挂方式，试样加载端受力较为均匀，避免了试样受拉时加载端首先破坏；采用垫片对平板试样进行定位，保证平板试样夹持的稳定性，降低了试验失败几率；采用的试样为等厚的板状试样，加工方便，经济性好；夹具的材料选用高强度高耐温材料。该夹具还可适用于拉伸强度较弱的高温材料拉伸试验。但是，该发明材料需与高温环境炉对接，将拉伸试样安装在高温环境炉里面，然后通过高温环境炉控制系统对试样进行加热，加热方式比较复杂，且很难控制试样温区长度。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种可控制均温区长度的gleeble热拉伸试样及夹具。

根据本发明提供的一种可控制均温区长度的gleeble热拉伸试样及夹具，包括试样、填充层、夹块，试样通过填充层与夹块连接，所述试样两端上设置有能够控制与夹块之间导电及传热面积的沟槽，所述沟槽能够引导电流及热量的传输路径。

优选地，所述夹块的夹持面上设置有凸起部，夹块通过凸起部向试样传输电流及热量。

优选地，所述夹块的夹持面上设置有一个或多个凹槽。

优选地，所述试样与夹块的夹持面之间设置填充层，试样与夹块夹持面上的凸起部直接接触连接。

优选地，通过如下任一种或任多种的方法改变试样与夹块夹持面上凸起部的接触面积：

-改变夹块夹持面上凸起部的面积大小；

-通过在试样与夹块夹持面上凸起部之间增设填充层，改变试样与夹块夹持面上凸起部接触面积的大小。

优选地，还包括定位销，所述试样、填充层、夹块上设置有定位销孔，定位销贯穿试样、填充层、夹块上的定位销孔对试样进行定位。

优选地，所述试样为导电导热材料，所述夹块采用导电导热材料，所述定位销、填充层采用绝缘绝热材料。

优选地，所述夹块上的定位销孔与夹块夹持面上的凹槽的竖直面相切。

优选地，所述试样两端上的沟槽呈u形，通过控制u形沟槽的开口宽度、u形沟槽两竖直臂到试样边缘的距离、u形沟槽底部或开口端到试样边缘的距离、试样被夹块夹持的长度来控制试样与夹块的接触面积以及电流流过的路程。

优选地，所述试样两端上的沟槽能够引导电流及热量在试样两端被夹持部上进行波浪形传导，通过沟槽来控制波浪的个数，进而控制电流及热量传导路径的长短；通过控制电流及热量传导路径的宽度及长度来控制电流及热量传导面积的大小。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明结构简单、使用方便、成本低廉，通过对试样及夹块结构的简单修改即可实现对试样均温区长度的控制，充分利用了试样的被夹持段,无需复杂的装置或操作，简单方便，效果明显。

2、本发明对试样的被夹持段做简单更改，不会对其力学性能的测试产生任何影响，本发明的夹块可以重复使用，进一步降低了成本。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明一个实施例的结构示意图。

图2为图1中试样两端被夹持部的结构示意图。

图3为本发明夹块的结构示意图。

图4为本发明另一个实施例的结构示意图。

图5为图4中试样两端被夹持部的结构示意图。

图中示出：

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

本发明公开了一种可控制均温区长度的gleeble热拉伸试样及夹具，以解决现有的试样及夹具难以甚至不能控制均温区长度、控制装置或流程复杂等问题，它包括试样1、定位销2、填充层3、夹块4；夹块4斜面与gleeble试验机夹台接触实现夹紧；夹块4开槽并通过填充层3与试样1接触；定位销2穿过夹块4和试样1定位孔以实现定位和夹紧；试样1上两端被夹持部开槽并通过调整槽尺寸参数实现对均温区长度的控制。本发明用于在gleeble平台上进行金属板高温拉伸时试样的均温区长度控制。

本发明通过对夹块4及试样1结构的简单修改即可实现对试样均温区长度的控制，充分利用了试样1的被夹持段,无需复杂的装置或操作，简单方便，效果明显；本发明仅对试样1的被夹持段做了简单更改，不会对其力学性能的测试产生任何影响；本发明的夹块4所用的硬质铜合金、硬质不锈钢等材料以及填充层3和定位销2所用的陶瓷、电木等材料均廉价易得，使得本发明的实现成本很低；本发明的夹具可以重复使用，进一步降低了成本。

根据本发明提供的一种可控制均温区长度的gleeble热拉伸试样及夹具，如图1-5所示，包括试样1、填充层3、夹块4，试样1通过填充层3与夹块4连接，所述试样1两端上设置有能够控制与夹块4之间导电及传热面积的沟槽，所述沟槽能够引导电流及热量的传输路径。

如图3所示，所述夹块4的夹持面上设置有凸起部，夹块4通过凸起部向试样1传输电流及热量。所述夹块4的夹持面上设置有一个或多个凹槽，所述凹槽具有散热的作用。

所述试样1与夹块4的夹持面之间设置填充层3，试样1与夹块4夹持面上的凸起部直接接触连接。所述填充层3为一体或者分立的。通过如下任一种或任多种的方法改变试样1与夹块4夹持面上凸起部的接触面积：

-改变夹块4夹持面上凸起部的面积大小；

-通过在试样1与夹块4夹持面上凸起部之间增设填充层3，改变试样1与夹块4夹持面上凸起部接触面积的大小。

还包括定位销2，所述试样1、填充层3、夹块4上设置有定位销孔，定位销2贯穿试样1、填充层3、夹块4上的定位销孔对试样1进行定位。所述试样1为导电导热材料，所述夹块4采用导电导热材料，所述定位销2、填充层3采用绝缘绝热材料。所述夹块4上的定位销孔与夹块4夹持面上的凹槽的竖直面相切。

如图1、图2所示，所述试样1两端上的沟槽呈u形，通过控制u形沟槽的开口宽度、u形沟槽两竖直臂到试样1边缘的距离、u形沟槽底部或开口端到试样1边缘的距离、试样1被夹块4夹持的长度来控制试样1与夹块4的接触面积以及电流流过的路程。

如图4、图5所示，所述试样1两端上的沟槽能够引导电流及热量在试样两端被夹持部上进行波浪形传导，通过沟槽来控制波浪的个数，进而控制电流及热量传导路径的长短；通过控制电流及热量传导路径的宽度及长度来控制电流及热量传导面积的大小。

图1、图2为本发明一个实施例的结构示意图，图2中箭头所指为电流流向示意，斜线填充区域为试样1与夹块4接触导电区。本实施例包括试样1、定位销2、填充层3和夹块4；其中夹块4的数量为4个，其上加工有斜面、凹槽和定位孔，斜面与gleeble试验机夹台接触实现夹紧；定位销2的数量为2个，穿过夹块4和试样1的定位孔。夹块4需选用导电导热性能较好的硬质材料，如硬质铜合金、硬质不锈钢等，其加工方式可为数控铣削、线切割等；定位销2、填充层3需选用绝缘绝热性能较好的硬质材料，如陶瓷、电木等；块4上的凹槽用于控制试样与夹具间的导电及传热面积；为防止定位销2受较大的力后发生弯曲或断裂，夹块4上的定位孔需与其上的凹槽竖直面相切；可通过控制试样1上的沟槽尺寸(图2中所示的a2、b2、c2、d2的数值)来控制试样1与夹块4的接触面积以及电流流过的路程，从而实现对试样测试区域均温区长度的控制。

图3为夹块的结构示意图，虚线圆中为局部结构放大图，放大图中箭头所指为电流流向示意；

图4、图5为本发明另一个实施例的结构示意图，图5中箭头所指为电流流向示意，斜线填充区域为试样1与夹块4接触导电区。本实施例包括试样1、定位销2、填充层3和夹块4；其中夹块4的数量为4个，其上加工有斜面、凹槽和定位孔，斜面与gleeble试验机夹台接触实现夹紧；定位销2的数量为2个，穿过夹块4和试样1的定位孔。夹块4需选用导电导热性能较好的硬质材料，如硬质铜合金、硬质不锈钢等，其加工方式可为数控铣削、线切割等；定位销2、填充层3需选用绝缘绝热性能较好的硬质材料，如陶瓷、电木等；夹块4上的凹槽用于控制试样与夹具间的导电及传热面积；为防止定位销2受较大的力后发生弯曲或断裂，夹块4上的定位孔需与其上的凹槽竖直面相切；可通过控制试样1上的沟槽尺寸(图5中所示的a1、b1、c1、d1的数值)来控制试样1与夹块4的接触面积以及电流流过的路程，从而实现对试样测试区域均温区长度的控制。

利用本发明进行热拉伸测试的过程如下：

一、确定试样尺寸：根据测试时对试样1的均温区长度需求确定试样1的尺寸(主要指试样1两端被夹持部上沟槽的尺寸，即图2中所示的a2、b2、c2、d2的数值或者图5中所示的a1、b1、c1、d1的数值)，确定方法可以是数值仿真或者实验测定等。

二、装样及夹具组装：用定位销2分别穿过试样1、填充层3和夹块4上的定位孔，从而将试样1、填充层3和夹块4组装起来，组装完成后的夹具如图1或图4所示；

三、夹具夹紧及试样对中：将组装完成的夹具放入gleeble试验机夹台，运行试验机给夹具一定的预紧拉力，即可实现夹具的夹紧及试样对中；

四、热拉伸测试：通过gleeble试验机夹台给试样1加电(加热)并拉伸，测试试样1的热拉伸性能。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。