一种热模拟实验材料组织性能的检测方法
【专利摘要】本发明公开了一种热模拟实验材料组织性能的检测方法，属于材料检测领域。该检测方法是在热模拟实验中，将材料做成长度为L0、直径为d0的圆柱状试样并置于热模拟试验机中，控制试样轴向的温度梯度在中间获得长度为l0的均温区，对均温区进行控制变形和控制冷却，实验后的试样中间部分为鼓形；可将实验后的试样做成金相、拉伸、冲击等检测试样，既可以观察不同工艺条件下材料的组织特性，又可以检测其强度、硬度与塑韧性指标。本发明可以解决热模拟实验后材料强度与塑韧性能测量困难的问题，为材料研究和热加工工艺制定提供一种准确可靠的方法。
【专利说明】一种热模拟实验材料组织性能的检测方法
【技术领域】
[0001]本发明属于材料检测领域，具体涉及一种热模拟实验材料组织性能的检测方法，特别是涉及热模拟实验后材料拉伸、冲击韧性等力学性能的检测，以及试样的制作与实验方法。
【背景技术】
[0002]为确定合理的工艺制度与工艺参数，目前普遍采用Gleeble热模拟实验技术来研究分析热加工工艺参数对材料组织性能的影响。即在Gleeble热模拟试验机上模拟材料的加热、变形和冷却等工艺过程，观察不同工艺条件下的组织形貌，测量材料的力学性能。相对于实际生产和其它模拟实验，Gleeble热模拟实验试样尺寸较小，应变和温度相对均匀，可以对温度、变形和冷却速度等参量精确模拟控制，所以研究结果准确可靠。但是由于Gleeble热模拟实验试样较小，造成实验后材料力学性能的测量困难，如仅能测量材料的硬度，而对拉伸、冲击韧性等力学性能测量困难，使得Gleeble热模拟实验技术应用受到一定的限制。
[0003]为弥补Gleeble热模拟实验试样尺寸较小，拉伸、冲击韧性等力学性能测量困难的不足，一些单位研制了大试样平面应变热模拟试验设备，设备包括独特的加热系统、机械系统、液压系统、控制系统以及数据采集系统。由于变形区尺寸较大，变形后的试样可以满足随后的力学性能测量需要，因此可以将材料的成分、工艺参数、显微组织以及力学性能很好的结合起来。大试样平面应变热模拟实验为材料开发以及工艺研究提供了一种方法与手段，但目前应用还不广泛，一些测控问题还需要完善；并且由于试样尺寸较大，应变和温度均匀性下降，造成同一试样温度、变形和冷却速度等工艺条件的较大差别，研究准确性下降。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种热模拟实验后材料组织、强度与塑韧性能的检测方法。以期通过该方法可以准确模拟材料热加工工艺过程及参数，观察热模拟实验后材料的组织特性，同时还可以检测材料的强度和塑韧性能指标。
[0005]为解决以上技术问题，本发明是通过以下技术方案予以实现的。
[0006]本发明提供了一种热模拟实验材料组织性能的检测方法，采用Gleeble热模拟试验机的力学系统伺服闭环回路实现载荷、位移和应变的控制，模拟热加工过程中的变形；采用Gleeble热模拟试验机的加热伺服闭环回路实现热加工过程中的加热和冷却控制；采用现有热模拟试验机的夹头和卡块，或根据实际需要定制，试样置于真空槽中进行模拟实验，热电偶焊接于试样的中间位置，还包括如下步骤:
[0007](I)将试样做成长度为L。，直径为dQ的圆柱状，直径dQ > 6mm,根据试样的尺寸、自由跨度、卡具材质调节轴向温度梯度，在试样中间获得长度为1的均温区，I > d0/l0 > 1/3，均温区内温度最高，试样在卡块间的自由跨度为L，1 > IcZL > 1/3 ;所述试样长度Ltl根据检测需要和设备条件确定，试样直径Cltl不超过热模拟试验机载荷允许的最大值；
[0008](2)对步骤⑴的均温区进行加热、变形和冷却工艺过程模拟，卡块对试样施加轴向压缩力，变形集中在均温区，均温区发生变形后为鼓形，鼓形区长度为I1，将鼓形热电偶焊接处附近材料切下做成金相试样，其余制作成拉伸或冲击试样；所述拉伸试样平行段长度为I2, I2 = 1「(2?5)mm，拉伸试样平行段直径为d2，l2/d2 > 2 ;所述冲击试样断面为正方形或矩形，鼓形中间位置为冲击试样缺口位置；
[0009](3)通过步骤(2)得到的金相、拉伸或者冲击试样，既可以观察不同工艺条件下材料的组织特性，又可以检测其强度、硬度与塑韧性指标。
[0010]与现有技术相比，本发明具有以下技术效果:
[0011]1、本发明充分利用了 Gleeble热模拟实验技术，将试样做成特定形状和尺寸，实验后的试样中间为鼓形，既可以进行组织特性的观察，又可以进行拉伸、冲击韧性等力学性能的检测；
[0012]2、本发明可以解决热模拟实验后材料强度与塑韧性能测量困难的问题，为材料研究和热加工工艺制定提供一种准确可靠的方法。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为本发明的热模拟实验试样与夹持装置示意图。
[0014]图2为本发明热模拟实验后试样形状示意图。
[0015]图3为本发明制成的拉伸试样形状示意图
[0016]图4为本发明制成的冲击试样形状(V形缺口)示意图。
[0017]图5为本发明制成的冲击试样形状(U形缺口)示意图。
[0018]图6为本发明对材料在工艺条件I下的光学金相组织观测结果。
[0019]图7为本发明对材料在工艺条件2下的光学金相组织观测结果。
[0020]图8为本发明对材料在工艺条件3下的光学金相组织观测结果。
[0021]其中:1、试样；2、热电偶；3、卡块；a、试样沿轴向温度分布；b、均温区。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述，但本发明不局限于下面的实施例。
[0023]本发明设定三种工艺参数，分别是，工艺1:均温区变形温度为850°C，冷却速度为4°C/s ;工艺2:均温区变形温度为800°C，以8°C/s快冷至550°C，然后以l°C/s缓冷；工艺3:均温区变形温度为800°C，以5°C /s快冷至550°C，然后以2V /s缓冷。在Gleeble3500热模拟试验机上研究钢的控轧控冷工艺参数对组织性能的影响。将试样做成Φ IOmmX 86mm的圆柱状，置于热模拟试验机中，热电偶焊接于试样的中间位置，控制试样轴向的温度梯度，在试样中间获得Itl = 25mm的均温区，加热速度为10°C /s，加热至1150°C后保温2min，然后以10°C /s冷却至变形温度保温30s，对均温区进行控制变形和控制冷却，变形速度为3s—1，均温区变形后呈鼓形，鼓形长度I1 = 15mm，变形后以不同的冷却速度冷至室温。将鼓形热电偶焊接处附件的金属切下做成金相试样，用于组织观察与硬度测量；其余做成拉伸试样，拉伸试样平行段长度I2 = 10mm，直径d2 = 4mm，用于测量不同工艺条件下钢的拉伸力学性能。光学显微组织观察结果(图6、7、8)表明，在三种工艺条件下得到的组织均为粒状贝氏体组织，但粒状贝氏体的组织形态不同，所以钢的性能不同。不同工艺条件下钢的强度、硬度及塑性指标测量结果见表1。通过分析比较知道，采用工艺I可以提高钢的强度和塑性指标。
[0024]表1、不同工艺条件下钢的力学性能测量结果
[0025]
【权利要求】
1.一种热模拟实验材料组织性能的检测方法，采用Gleeble热模拟试验机的力学系统伺服闭环回路实现载荷、位移和应变的控制，模拟热加工过程中的变形；采用Gleeble热模拟试验机的加热伺服闭环回路实现热加工过程中的加热和冷却控制；采用现有热模拟试验机的夹头和卡块，或根据实际需要定制；试样置于真空槽中进行模拟实验，热电偶焊接于试样的中间位置，其特征在于，包括如下步骤: (1)将试样做成长度为U，直径为Cltl的圆柱状，直径Cltl> 6mm，根据试样的尺寸、自由跨度、卡具材质调节轴向温度梯度，在试样中间获得长度为Itl的均温区，I > d0/l0 > 1/3，均温区内温度最高，试样在卡块间的自由跨度为L，I > 10/L > 1/3 ;所述试样长度Ltl根据检测需要和设备条件确定，试样直径Cltl不超过热模拟试验机载荷允许的最大值； (2)对步骤(I)的均温区进行加热、变形和冷却工艺过程模拟，卡块对试样施加轴向压缩力，变形集中在均温区，均温区发生变形后为鼓形，鼓形区长度为I1，将鼓形热电偶焊接处附近材料切下做成金相试样，其余制作成拉伸或冲击试样；所述拉伸试样平行段长度为I2, I2 = I1-(2?5) mm，拉伸试样平行段直径为d2，l2/d2 > 2 ;所述冲击试样断面为正方形或矩形，鼓形中间位置为冲击试样缺口位置； (3)通过步骤(2)得到的金相、拉伸或者冲击试样，既可以观察不同工艺条件下材料的组织特性，又可以检测其强度、硬度与塑韧性指标。
【文档编号】G01N3/00GK103983506SQ201410229626
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年5月27日 优先权日:2014年5月27日
【发明者】曹杰, 杨磊, 闫军, 章静, 沈晓辉, 王会廷, 潘红波 申请人:安徽工业大学