专利名称：一种模拟超快冷试验装置及试验方法
技术领域：
本发明属于热模拟试验技术领域，具体涉及一种模拟超快冷试验装置及试验方法。
背景技术：
超快速冷却技术是在现代的连轧过程提供加工硬化奥氏体的基础上，以超快速冷却为核心，对轧后硬化奥氏体进行超快速冷却并在动态相变点终止冷却，随后进行较缓慢冷却控制。这项技术的轧制冷却工艺应用，减少了微合金化元素、合金元素，避免了低温大压下轧制，所获得的钢铁材料具有性能优良、节省资源和能源的特点。Gleeble-3800热模拟试验机通用单元由真空罐内的可移动U型槽、试样、砧头、夹具紧密接触组成热变形装置，再与液压系统相连接，形成闭合加热回路和加压回路，可进行各种加热冷却及高温拉压变形试验，用于模拟热加工工艺过程试验，现有的通用单元未配备试样冷却装置，试样冷却只能通过夹具组件的热传导来实现，冷却能力是相当有限的，试样最快冷却速度为20°C /s，模拟试验的应用范围受到限制。难于实现冷却速接近100°C /s的超快冷模拟功能。现有的夹具组件为碳化钨砧头装置，包括底座、保温套、碳化钨砧头等，其整体导热性能不好，不能实现试样的超快速冷却。专利“电阻型热模拟夹头装置”(专利号03259544.1)提出在砧头座上设有提高试样冷却效果的旁路水冷系统，可使夹头得到水冷，提高试样的冷却效果，增加试样冷却速度。但在砧头座内通水，会导致夹在砧头中间的试样轴向温度梯度大，变形不均匀，使试样的热变形行为失真，模拟试验的精度不高，其特种模拟试验的应用效果受到影响。专利“一种热模拟机的试样急冷装置”(专利号200720067245.1)是基于热模拟机配备的液压楔单元所提出的，一管道在真空盖上入口处分成四路，由四个软管连接，软管另一端接喷嘴，由可伸缩支架固定在砧头座上，冷却介质由管道进入喷嘴喷在试样上，实现试样加速冷却。该装置缺点是冷却介质经分流后的压力流量有限，试样冷却速度提高幅度有限，又因其占用空间大，不适合在通用单元应用。专利“一种热模拟机夹头装置”(专利号ZL201120088251.1)提出的夹头装置是通过热辐射和热传导实现快速冷却试样的效果，但是仅通过热辐射和热传导的方式难于实现快冷后即刻缓冷功能，不能模拟超快冷工艺过程，该专利并未针对模拟超快冷技术提出冷却控制方法。超快冷技术要求对开冷温度和终冷温度进行精确控制，冷却时间仅为l_2s很短的时间段，且在此控制过程中往往要求在快速冷却之后在某一特定温度下待温，上述的试样冷却装置虽然能够实现试样的快速冷却，但是并未提出冷却开始与结束的精确时间的控制，在冷却时往往由于控制的延迟效应使实施冷却动作延迟，导致冷却不及时，在需要待温时往往又由于结束冷却动作的延迟，产生冷却过冲。然而，超快冷技术的实现往往是在很短的时间内完成，若仍采用常规的控制方法，必然会影响到实验参数控制的准确性，影响到后续的组织检验工作。
发明内容
本发明公开一种模拟超快冷试验装置及试验方法，以再现超快冷技术在生产实际中的应用过程，应用热模拟试验机研究超快冷技术以获得钢铁材料理想的组织与性能。本发明的目的是这样实现的，模拟超快冷试验方法所采用的装置由真空罐、U形槽、夹头、卡具、喷嘴及其支架、储气罐、冷水箱、水泵组成，U形槽置于真空罐内，所述的夹头由两部分组成楔形块和与之相配套的砧头，楔形块夹紧砧头位于U形槽内，并由卡具顶紧，所述的楔形块开有3个相通的孔，其一安装有电磁阀，其余两孔外连接软管，软管的另一端通向真空罐的外部，分别与冷水箱的出水口与回水口相连，形成闭合回路，该闭合回路中的水的循环由水泵提供动力。本发明在U形槽上安装支架用于固定喷嘴，喷嘴连有软管，软管的另一端通向真空罐的外部。本发明所采用的两个冷却喷嘴3(Γ45度角布置，以利于对流换热，喷嘴呈锥状。本发明所述的储气罐内的气体流动由安装于软管上的电磁阀控制。本发明模拟超快冷的试验方法具体步骤如下I将安装于楔形块上的电磁阀置于开启状态，进行抽真空操作，使楔形块内孔与真空罐具有相同的真空度，此时楔形块内的真空状态可降低导热能力，当真空度达到预期值时，关闭该电磁阀，使管路不会因为通水而发生泄漏。2编制及运行试验程序，把试样当做电阻通电加热，由于楔形块导热能力较差，使试样在轴向上的温度差减小，试样加热保温时温度分布均匀，以保证随后变形的均匀性。
3、热变形结束后，快速将试样冷却到目标温度温度前的一小段时间，分别开启水泵和控制储气罐气体流动的气体阀，使冷却水在管路中运行以及冷却气体由储气罐流出，提前的具体时间和水泵、气体阀开启的先后顺序，由连接的软管的长短，水压和气压决定。两段时间具体计算过程分别如下I)冷却循环水管路水平部分和竖直长度分别为h，H，则根据伯努利原理，凡处于同一流线上的实际流体运动质点，其所具有的函数值都是相同的，则有1> + 2pV + 邮=('i ( 1 ,其中，P为水的压强，P为水的密度，V为水的流速，C1为常数(C1根据流体运动的伯努利方程确定)水在管路竖直部分和水平部分流动时间h和t2分别由下式计算t^H/v(2)t2=2h/v(3)将公式(I)代入公式(2)、(3)，可以得到冷却循环水到达楔形块的时间
权利要求
1.一种模拟超快冷试验装置，其特征在于，它由真空罐、U形槽、夹头、卡具、喷嘴及其支架、储气罐、冷水箱、水泵组成，U形槽置于真空罐内，所述的夹头由两部分组成楔形块和与之相配套的砧头，楔形块夹紧砧头位于U形槽内，并由卡具顶紧，所述的楔形块开有3个相通的孔，其一安装有电磁阀，其余两孔外连接软管，软管的另一端通向真空罐的外部，分别与冷水箱的出水ロ与回水口相连，形成闭合回路，该闭合回路中的水的循环由水泵提供动力。
2.根据权利要求1所述ー种模拟超快冷试验装置，其特征在于，所述的U形槽上安装支架用于固定喷嘴，喷嘴连有软管，软管的另一端通向真空罐的外部，与冷水箱相接。
3.根据权利要求1所述ー种模拟超快冷试验装置，其特征在于，冷却喷嘴上下呈3(T45度角分布，喷嘴为带针孔的针状。
4.根据权利要求1所述ー种模拟超快冷试验装置，其特征在于，储气罐经软管与电磁阀连接。
5.一种采用如权利要求1至4任意一项所述的一种模拟超快冷试验装置的试验方法，其特征在于，具体步骤如下 1)将安装于楔形块上的电磁阀置于开启状态，进行抽真空操作，使楔形块内孔与真空罐具有相同的真空度，此时楔形块内的真空状态可降低导热能力，当真空度达到预期值时，关闭该电磁阀，使管路不会因为通水而发生泄漏； 2)編制及运行试验程序，把试样当做电阻通电加热，由于楔形块导热能力较差，使试样在轴向上的温度差减小，试样加热保温时温度分布均匀； 3)热变形结束后，快速将试样冷却到目标温度前的一段时间，分别开启水泵和控制储气罐气体流动的气体阀，使冷却水在管路中运行以及冷却气体由储气罐流出，提前的具体时间和水泵、气体阀开启的先后顺序，由连接的软管的长短，水压和气压决定； 4)关闭水泵和控制储气罐气体流动的气体阀。
6.根据权利要求5所述的ー种模拟超快冷试验装置试验方法，其特征在干，提前开启水泵、气体阀两个时间段具体计算过程分别如下 I)冷却循环水管路水平部分和竖直长度分别为h，H，则根据伯努利原理，凡处于同一流线上的实际流体运动质点，其所具有的函数值都是相同的，则有
7.根据权利要求5所述的ー种模拟超快冷试验装置试验方法，其特征在干，提前关闭水泵、气体阀的时间具体计算过程分别如下设定水泵提前关闭时间为水泵启动时间，即tfl=tb。气体阀提前关闭时间，按照如下公式计算
全文摘要
本发明公开一种模拟超快冷试验装置及试验方法，它由真空罐、U形槽、夹头、卡具、喷嘴及其支架、储气罐、冷水箱、水泵组成，具体步骤如下将安装于楔形块上的电磁阀置于开启状态，编制及运行试验程序，把试样当做电阻通电加热，热变形结束后，快速将试样冷却到目标温度前的一段时间，分别开启水泵和控制储气罐气体流动的气体阀，使冷却水在管路中运行以及冷却气体由储气罐流出，提前的具体时间和水泵、气体阀开启的先后顺序，关闭水泵和控制储气罐气体流动的气体阀。本发明超快冷模拟装置设计科学合理，控制简便易行，通过热传导、对流以及辐射三种方式提高冷却能力，达到了模拟生产实际的超快速冷却工艺要求，为超快冷技术在实际生产中应用研究提供了有效手段。
文档编号G01N3/60GK103033430SQ20121041110
公开日2013年4月10日 申请日期2012年10月23日 优先权日2012年10月23日
发明者李桂艳, 赵宝纯, 时晓光, 杨静, 黄磊, 刘凤莲 申请人:鞍钢股份有限公司