专利名称：自加热高温压缩淬火实验用惰性气体保护方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明属于金属材料的热力物理实验技术领域，确切的说是涉及一种在对金属材料进行高温实验中进行惰性气体保护的保护方法及专用于该方法的惰性气体保护装置。
背景技术：
金属材料的力学性能和新材料的开发在科学研究和工程应用中具有非常重要的作用。金属材料的高温强度和塑形是材料高温使用和热加工时需要考虑的重要力学性能指标，例如金属材料的焊接、锻压、热处理、表面改性等工艺的制定必须以力学性能为基础。在对金属材料进行热力物理实验时，为保证实验的准确性，通常需要将金属试样置于真空或惰性气体的保护状态下进行。我国目前对金属材料进行热力物理模拟实验的设备主要采用的是美国DSI公司生产的Gleeble系列热力物理模拟实验机。这种Gleeble系列热力物理模拟实验机上用于装卡金属试样的真空箱的结构如图1所示，在真空箱中设有用于夹设金属试样的左压头101和右压头102，其中的一个压头固定，另一个压头传动连接有液压驱动机构，在左右压头101、102的外围密封罩设有一个真空箱体100，在真空箱体100的侧壁上分别开设有惰性气体充气口 103和真空抽气口 104。在采用这种Gleeble系列热力物理模拟实验机进行金属试样的高温淬火实验时，将金属试样夹设在左右两压头101、102之间， 通过真空抽气口 104将真空箱体100内抽真空，使得真空箱体100中达到一定的真空度，然后通过惰性气体充气口 103充入氩气，需要反复进行三次抽真空和充入氩气的过程，才能保证在真空箱体100内形成良好的实验环境，以防止金属试样在实验中氧化。在高温淬火实验结束后，需要进行下一个金属试样的实验时，还需要再反复进行三次抽真空和充入氩气的过程；而且金属试样在高温淬火后真空箱体内的淬火液不易排净，残存的淬火液会影响下一次的抽真空环节，而将淬火液排净、吹干费时费力，使得其在做完一个金属试样的高温压缩淬火实验后必须经过繁杂的后续处理才可以继续做下一个金属试样，使得实验的操作步骤非常繁琐，无法进行连续的高温淬火实验，实验效率较低，而且反复的抽真空和充惰性气体的过程还会浪费大量的惰性气体，致使其实验成本较高。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种自加热高温压缩淬火实验用惰性气体保护方法， 以解决现有的高温淬火实验的操作步骤繁琐、惰性气体消耗量较大的问题。本发明的自加热高温压缩淬火实验用惰性气体保护方法的技术方案是一种自加热高温压缩淬火实验用惰性气体保护方法，首先在热力物理模拟实验机用于夹装金属试样的压头外围套装一个空心套管，该空心套管套孔的两端具有用于与热力物理模拟实验机两压头的外周面对应吻合配合的内壁面，通过该空心套管与两压头配合形成与外界隔离的惰性气体保护空间，在空心套管上设有与所述惰性气体保护空间连通的惰性气体通道，然后通过惰性气体通道不间断地向所述惰性气体保护空间内通入惰性气体，从而在该惰性气体保护空间内形成对金属试样进行惰性气体保护的惰性气体保护环境。
在所述的空心套管的中部管壁上呈十字交叉的固连有一管状缓冲室，该管状缓冲室与空心套管的套孔连通，在管状缓冲室的一端通过三通分设有惰性气体进气口和淬火液进液口，在管状缓冲室的另一端设有排液口，在淬火液进液口和排液口上分别安装有阀门， 在空心套管上与管状缓冲室相对的另一侧管壁上开设有用于穿设热电偶丝的开口。本发明的另一个目的是提供一种专用于上述自加热高温压缩淬火实验用惰性气体保护方法的配套装置，以解决现有的高温淬火实验的操作步骤繁琐、惰性气体消耗量较大的问题。本发明的专用于自加热高温压缩淬火实验用惰性气体保护方法的配套装置的技术方案是一种自加热高温压缩淬火实验用惰性气体保护装置，包括用于套设在金属试样外围的空心套管，空心套管套孔的两端分别具有用于与热力物理模拟实验机两压头的外周面对应吻合配合的内壁面，在空心套管中部的一侧管壁上设有惰性气体通气口，在与该惰性气体通气口相对的另一侧管壁上设有惰性气体出口。在所述的空心套管的管壁于惰性气体通气口处固连有一管状缓冲室，该管状缓冲室内设有与惰性气体通气口连通的气液通道，该气液通道的一端通过三通分设有淬火液进液口和惰性气体进气口，该气液通道的另一端设有排液口，在淬火液进液口和排液口上分别安装有阀门。所述的管状缓冲室与空心套管呈十字交叉连接。所述的空心套管由与管状缓冲室固连的弧形底座和对应设置的弧形盖板扣合构成，所述的惰性气体出口为开设于弧形盖板上用于穿设热电偶丝的开口。 所述的开口的延伸方向垂直于空心套管的轴向。所述开口的延伸方向平行于空心套管的轴向。所述的空心套管由透明的石英材料制成。本发明通过套装在热力物理模拟实验机的两压头上的空心套管在两压头之间隔离出一个封闭金属试样的有效空间，将金属试样封闭在空心套管中，使用时通过惰性气体进气口持续的向空心套管与两压头之间的空间内通入惰性气体，惰性气体流经金属试样从穿设热电偶丝的开口中漏出，使惰性气体流动，从而无需启用真空箱体、在不抽真空的情况下在两压头与空心套管之间的局部范围内形成有效的惰性气体保护环境，其取消了在真空箱中反复抽真空的繁杂操作，简化了实验的操作步骤，而且通过空心套管将两压头之间的局部空间与外接隔离，使得该封闭空间的体积大幅度缩小，从而降低了惰性气体的消耗。同时，通过缓冲室上设置的淬火液进液口和排液口可以提供对金属试样的淬火功能，尤其是采用水淬时，冷却水可以通过排液口迅速排空，在空心套管内不留残液，在做完一个金属试样的实验后，无需经过繁杂的后续操作即可更换金属试样进行下一个实验，从而实现了连续实验和淬火，其减少了实验的操作步骤，使实验效率大为提高，大幅度的降低了实验成本。
图1为现有Gleeble系列热力物理模拟实验机中真空箱的结构简图2为本发明自加热高温压缩淬火实验用惰性气体保护装置具体实施例一的结构示意图；图3为图2中A-A剖视图； 图4为图2中B-B剖视图5为本发明自加热高温压缩淬火实验用惰性气体保护装置具体实施例二的结构示意图6为图5中C-C剖视图； 图7为图5中D-D剖视图。
具体实施例方式实施例一本发明的自加热高温压缩淬火实验用惰性气体保护装置的具体实施例一如图2、3、4所示，其包括用于同轴套设在金属试样10外围的空心套管1，空心套管1的内孔具有用于与热力物理模拟实验机两压头101、102的外周面对应吻合配合的内壁面，从而在两压头101、102之间隔离出一个局部空间。该空心套管1是由与管状缓冲室2固连的弧形底座1-1和对应设置的弧形盖板1-2扣合构成，外形呈圆柱筒状结构，在弧形底座1-1 中部的外侧管壁上呈十字交叉的连接有一管状缓冲室2，管状缓冲室2的轴向与空心套管 1垂直且该管状缓冲室2的内腔通过其与弧形底座1-1交叉连接的管壁与空心套管1的内孔连通。在该管状缓冲室2的上端呈T字形的连接有一连接管3，该连接管3与空心套管1 平行，在连接管3的两端分别设置有惰性气体进气口 3-1和淬火液进液口 3-2，在管状缓冲室2的下端设有排液口，在淬火液进液口 3-2上设有进液阀门3-3，在排液口上设置有排液阀门4。在弧形盖板1-2上开设有用于穿装热电偶丝的开口 5。本实施例中，该开口 5的延伸方向垂直于空心套管1的轴向，并向弧形盖板1-2的两边延伸，从而将弧形盖板1-2分成两片。实验时，首先将金属试样夹装在热力物理模拟实验机两压头101、102之间，然后将空心套管1中的弧形底座1-1与固连的管状缓冲室2部分装上，将热电偶连接在金属试样上，最后盖上弧形盖板1-1并使热电偶丝从两片盖板之间留设的开口 5中自由通过。关闭淬火液进液口及排液口上的阀门，接通惰性气体，惰性气体从惰性气体进气口 3-1流入经管状缓冲室2进入空心套管1与两压头101、102之间的空间内，就可以进行加热、保温和压缩试验了。在整个试验过程中在空心套管1与两压头101、102之间的空间提供了惰性气体保护高温防氧化环境。如果需要淬火，当压缩试验结束时，可以打开淬火液进液口上的进液阀门，淬火液经管状缓冲室2进入空心套管1内实现淬火，淬火后，打开排液口上的排液阀门，将淬火液排空。实施例二 本实施例二如图5、6、7所示，与实施例一的不同之处在于，在弧形盖板 1-2上沿平行于空心套管1轴向的方向开设的两个用于分别穿设热电偶丝出线的开口 5。
权利要求
1.一种自加热高温压缩淬火实验用惰性气体保护方法，其特征在于，首先在热力物理模拟实验机用于夹装金属试样的压头外围套装一个空心套管，该空心套管套孔的两端具有用于与热力物理模拟实验机两压头的外周面对应吻合配合的内壁面，通过该空心套管与两压头配合形成与外界隔离的惰性气体保护空间，在空心套管上设有与所述惰性气体保护空间连通的惰性气体通道，通过惰性气体通道不间断的向所述惰性气体保护空间内通入惰性气体，从而在该惰性气体保护空间内形成对金属试样进行惰性气体保护的惰性气体保护环境。
2.根据权利要求1所述的自加热高温压缩淬火实验用惰性气体保护方法，其特征在于，在所述的空心套管的中部管壁上呈十字交叉的固连有一管状缓冲室，该管状缓冲室与空心套管的套孔连通，在管状缓冲室的一端通过三通分设有惰性气体进气口和淬火液进液口，在管状缓冲室的另一端设有排液口，在淬火液进液口和排液口上分别安装有阀门，在空心套管上与管状缓冲室相对的另一侧管壁上开设有用于穿设热电偶丝的开口。
3.一种专用于实施如权利要求1所述方法的自加热高温压缩淬火实验用惰性气体保护装置，其特征在于，包括用于套设在金属试样外围的空心套管，空心套管套孔的两端分别具有用于与热力物理模拟实验机两压头的外周面对应吻合配合的内壁面，在空心套管中部的一侧管壁上设有惰性气体通气口，在与该惰性气体通气口相对的另一侧管壁上设有惰性气体出口。
4.根据权利要求3所述的自加热高温压缩淬火实验用惰性气体保护装置，其特征在于，在所述的空心套管的管壁于惰性气体通气口处固连有一管状缓冲室，该管状缓冲室内设有与惰性气体通气口连通的气液通道，该气液通道的一端通过三通分设有淬火液进液口和惰性气体进气口，该气液通道的另一端设有排液口，在淬火液进液口和排液口上分别安装有阀门。
5.据权利要求4所述的自加热高温压缩淬火实验用惰性气体保护装置，其特征在于， 所述的管状缓冲室与空心套管呈十字交叉连接。
6.根据权利要求4或5所述的自加热高温压缩淬火实验用惰性气体保护装置，其特征在于，所述的空心套管由与管状缓冲室固连的弧形底座和对应设置的弧形盖板扣合构成， 所述的惰性气体出口为开设于弧形盖板上用于穿设热电偶丝的开口。
7.根据权利要求6所述的自加热高温压缩淬火实验用惰性气体保护装置，其特征在于，所述的开口的延伸方向垂直于空心套管的轴向。
8.根据权利要求6所述的自加热高温压缩淬火实验用惰性气体保护装置，其特征在于，所述开口的延伸方向平行于空心套管的轴向。
9.根据权利要求3所述的自加热高温压缩淬火实验用惰性气体保护装置，其特征在于，所述的空心套管由透明的石英材料制成。
全文摘要
本发明公开了一种自加热高温压缩淬火实验用惰性气体保护方法及专用于实施该方法的保护装置，其是在在热力物理模拟实验机用于夹装金属试样的压头外围套装一个空心套管，该空心套管套孔的两端具有用于与热力物理模拟实验机两压头的外周面对应吻合配合的内壁面，通过该空心套管与两压头配合形成与外界隔离的惰性气体保护空间，在空心套管上设有与所述惰性气体保护空间连通的惰性气体通道，通过惰性气体通道不间断的向所述惰性气体保护空间内通入惰性气体，从而在该惰性气体保护空间内形成对金属试样进行惰性气体保护的惰性气体保护环境。本发明的结构简单，操作简便，减少了惰性气体消耗，增加了实验效率。
文档编号G01N3/60GK102252900SQ20111009254
公开日2011年11月23日 申请日期2011年4月13日 优先权日2011年4月13日
发明者刘香茹, 周旭东, 张瑞州, 李小红, 王辉 申请人:河南科技大学