一种热模拟试样喷碳膜位置选取方法与流程

本发明涉及喷碳膜位置选取技术领域，尤其涉及一种热模拟试样喷碳膜位置选取方法。

背景技术：

材料现代物理模拟技术是采用小试样，利用热力模拟试验机研究材料在特定工艺条件下的组织和性能的变化规律。热压缩物理模拟的关键在于获得材料的单向应力状态，即材料的均匀形变，但在实际情况中由于试样与压头端面间存在摩擦力的影响，形变完成后试样会出现上下端面小而中间凸的腰鼓形，即发生不均匀形变。形变的不均匀性会增大研究材料的析出相分析的难度。分析材料析出相的普遍方法是通过碳萃取复型法，然而，由于热模拟试验的试样压缩变形存在不均匀性，试样内部应变分布不均匀，需要合理地选取待观察位置，以满足研究要求。目前，主要是根据经验选取热模拟试样喷碳膜观察位置，并用刻刀在镀膜表面划出一个一定长宽的方块，然后，将试样放入适当腐蚀液中脱碳膜通过酸腐蚀取下碳膜。用刻刀刻画试样喷碳表面对操作者的操作技术要求高，容易产生偏离，造成试样碳膜的位置选取不当，则会影响到材料析出相的分析结果，甚至导致错误结论，因此，很有必要提出一种热模拟试样的喷碳膜选取方法，解决现有技术的不足。

技术实现要素：

本发明提供了一种热模拟试样喷碳膜位置选取方法，该方法适用于变形不均匀的热模拟试样，获取试样上对应于模拟实际轧制应变量的碳膜位置，降低了刻画碳膜的难度，提高了在热加工过程中分析材料析出行为的可靠性。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种热模拟试样喷碳膜位置选取方法，包括如下步骤：

1)按照模拟试验工艺参数，进行热模拟试验，获得热模拟试样，对模拟试样进行切割，磨光、抛光，应用腐蚀液腐蚀出其金相组织；

2)按照热模拟试样的加工工艺参数，通过有限元分析软件计算得到热模拟试样在设定工艺条件下的应变分布图；

从图中找出试样中应变等于名义应变的位置，名义应变为工艺设定的应变量；

再从图中找出其他的应变量位置作为研究对比区域，目的是在一个热模拟试样上同时选取出具有不同应变量区域的碳膜；

选取相同应变量区域制备碳膜，便于分析比较，增大检验的可靠性；

选取不同应变量区域制备碳膜，用以检测出应变量对材料在热加工过程中析出行为的影响；

3)按照步骤2中的应变分布，成比例地绘制在一张隔板上，隔板与步骤1中模拟试样待观察面具有相同的形状尺寸，选取应变量研究对比区域，在对应的应变分布线上刻画出不同形状的孔，且使所刻形状的几何中心处于应变分布线上；为了进行比较分析，对称地选取刻画孔的位置；应变相同的位置刻画相同形状的孔，应变不同的位置刻画不同形状的孔；

4)在经过步骤1处理的模拟试样待观察面上放置步骤3中设计的隔板，然后将附有隔板的热模拟试样放置于真空镀膜机内，进行高真空喷镀碳膜；

5)将步骤4中喷好碳膜的模拟试样取出，去除步骤3中所述隔板，获得了只有待观察区域喷镀碳膜的模拟试样，并将其放入腐蚀液中，待碳膜脱落，用铁丝网将碳膜捞出，并放入酒精和去离子水的混合液中，利用去离子水的张力将碳膜展开，根据步骤3中刻取碳膜的不同形状，将展开的碳膜再用铁丝网分别将具有相同形状的碳膜转移到其它盛有酒精与去离子水混合液的容器中；相同形状的碳膜用于材料析出相的观察、比较分析，而不同形状的碳膜则用于分析应变量对材料析出行为的影响。

与现有的技术相比，本发明的有益效果是：

本发明所提供的热模拟试样喷碳膜位置选取方法针对热模拟试样在热加工过程中变形不均匀的特点，在一个热模拟试样上同时获得了具有名义应变的碳膜区域和具有其它应变量的碳膜区域，并避免了用刻刀直接刻画碳膜，降低了操作难度。另外，不同应变量的碳膜具有不同形状，相同形状的碳膜用于材料析出相的观察、比较分析，提高了分析材料在热加工过程中析出行为的可靠性；而不同形状的碳膜则用于研究应变量对材料析出行为的影响，提高了检验效率，降低了实验成本。

附图说明

图1是实施例1的热模拟试样应变量的分布图；

图2是实施例1中根据热模拟试样应变量分布图所刻画隔板的总体图；

图中：1-未变形区域，2-沿曲线区域为应变量为50％区域，3-沿曲线区域为应变量为75％区域，4-正方形孔区域，5-菱形孔区域，6-长方形孔区域。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进一步说明：

一种热模拟试样喷碳膜位置选取方法，包括如下步骤：

1)按照模拟试验工艺参数，进行热模拟试验，获得热模拟试样，对模拟试样进行切割，磨光、抛光，应用腐蚀液腐蚀出其金相组织；

2)按照热模拟试样的加工工艺参数，通过有限元分析软件计算得到热模拟试样在设定工艺条件下的应变分布图；

从图中找出试样中应变等于名义应变的位置，名义应变为工艺设定的应变量；

再从图中找出其他的应变量位置作为研究对比区域，该区域可根据具体情况在非名义应变的位置上任意选取，目的是在一个热模拟试样上同时选取出具有不同应变量区域的碳膜；

选取相同应变量区域制备碳膜，便于分析比较，增大检验的可靠性；

选取不同应变量区域制备碳膜，用以检测出应变量对材料在热加工过程中析出行为的影响；

3)按照步骤2中的应变分布，成比例地绘制在一张隔板上，隔板与步骤1中模拟试样待观察面具有相同的形状尺寸，选取应变量研究对比区域，在对应的应变分布线上刻画出不同形状的孔，且使所刻形状的几何中心处于应变分布线上；为了进行比较分析，对称地选取刻画孔的位置；应变相同的位置刻画相同形状的孔，应变不同的位置刻画不同形状的孔；

4)在经过步骤1处理的模拟试样待观察面上放置步骤3中设计的隔板，然后将附有隔板的热模拟试样放置于真空镀膜机内，进行高真空喷镀碳膜；

5)将步骤4中喷好碳膜的模拟试样取出，去除步骤3中所述隔板，获得了只有待观察区域喷镀碳膜的模拟试样，并将其放入腐蚀液中，待碳膜脱落，用铁丝网将碳膜捞出，并放入酒精和去离子水的混合液中，利用去离子水的张力将碳膜展开，根据步骤3中刻取碳膜的不同形状，将展开的碳膜再用铁丝网分别将具有相同形状的碳膜转移到其它盛有酒精与去离子水混合液的容器中；相同形状的碳膜用于材料析出相的观察、比较分析，而不同形状的碳膜则用于分析应变量对材料析出行为的影响。

实施例1：

1)热模拟试样的加工工艺描述：试验材料选用低碳低合金钢，将材料加工成Φ10×15mm的圆柱状试样。应用热力模拟试验机将试样加热至1000℃，保温3分钟，然后，以1s^-1的应变速率将试样压缩7.5mm，工程应变为50％；

2)对步骤1中的试样进行磨光、抛光至表面无划痕，应用含有4％硝酸的酒精溶液腐蚀出其金相组织；酒精溶液的浓度为75％。

3)按照步骤1中的试验参数，应用Abaqus软件进行有限元数值模拟，得到热模拟试样在设定工艺条件下的应变分布图；如图1所示，应变分布图中区域为：未变形区域1，沿曲线区域为应变量为50％区域2，沿曲线区域为应变量为75％区域3。其中应变量为50％区域2为名义应变区域，应变量为75％区域3为研究对比区域。

4)根据步骤3中确定出的应变分布图，用冲刀在一张具有一定粘度的硬纸板上分别对称地刻画出两个边长为2mm的正方形孔、两个菱形孔和两个长2.5mm宽为2mm的矩形孔，以便对比分析。正方形孔区域4为无应变区域碳膜位置，菱形孔区域5为应变量为50％区域碳膜位置，矩形孔区域6为应变量为75％区域碳膜位置，如图2所示。所刻画孔的形状几何中心处于研究的应变区域中心；

5)将步骤4中的硬纸板粘附于经步骤2处理的模拟试样待观察面上，并放置于DM220高真空镀膜机内，进行高真空喷镀碳膜；

6)碳膜喷镀好后，将硬纸板取下，并将热模拟试样放入含有10％硝酸的酒精(酒精溶液的浓度为75％)中腐蚀，待碳膜脱落，用铁丝网将碳膜捞出，放入质量比为1：1的酒精和去离子水的混合液中，展开的碳膜呈不同形状，用铁丝网分别将具有相同形状的碳膜转移到其它盛有酒精与去离子水混合液的容器中。相同形状的碳膜用于材料析出相的观察、比较分析，而不同形状的碳膜则用于分析应变量对材料析出行为的影响。