一种超声振动金属热压缩试验装置的制作方法

发明名称

本发明涉及通过超声振动辅助金属热压缩试验的装置领域，具体为一种超声振动金属热压缩试验装置。

背景技术：

新一代高性能钢铁材料的开发，以获得微观组织的超细化或适度细化为主要目标。70年代发展起来的控轧控冷技术与微合金化相结合可将形变后的微观组织细化到5～10μm，80年代末提出的形变诱导铁素体相变机制可进一步细化到1μm左右，但为了获得大体积分数的形变诱导铁素体析出，形变量必须超过某一临界数值，而此时先期诱导析出的铁素体会发生动态再结晶并对最终晶粒尺寸起主导作用，由于铁素体再结晶后的临界尺寸约为1μm，因此，对于普通碳素钢利用形变诱导铁素体机制不容易获得小于1μm的超细晶粒。

奥氏体/铁素体相变是一种热激活形核过程，需要过冷度或机械形变能提供相变的热激活能，是一种形核与长大相互影响的过程。控制相变过程的潜在关键因素包括原子振动频率、两相自由能差和原子扩散激活能，如果引入恰当的能量激励对某种因素产生积极作用，就必然影响相变过程。

因此提出如下设想：超声振动强化条件下的形变诱导铁素体相变与常规大形变量下的形变诱导铁素体相变在相变过程和形成机制上存在不同之处。超声振动强化可以通过加快碳的扩散、降低铁素体形核能、提高形核率等某一个或多个方面进一步细化相变后的微观组织，同时，根据目前实验研究所得出的在合适温度区间提高应变速率可降低临界形变量的结论，超声振动强化条件下形变诱导铁素体相变所需的临界形变量会进一步降低。

技术实现要素：

针对上述设想，以研究超声振动强化对形变诱导铁素体相变过程的影响为重点，本发明公开一种超声振动金属热压缩试验装置。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种超声振动金属热压缩试验装置，包括轨道、支座、护具支架1、护具1、护具2、护具支架2、超声变幅杆、法兰盘、工作平台、超声波换能器、出水孔、冷却隔离、弹簧、小球、超声波喷头、振动发生器，其特征在于：所述的支座与轨道为滑动连接，所述的护具支架1和所述的护具支架2均固定在支座上，所述的护具1与护具支架1销连接，所述的护具2固定在护具支架2上，所述的法兰盘与超声变幅杆连接并通过螺栓固定在工作平台上，所述的超声变幅杆连接超声波换能器，所述的出水孔下端连接有排水管，所述的超声波喷头安装在护具2上，所述的弹簧一端与护具1、护具2连接，一端与小球连接。

作为优化，所述的护具2上加工有圆孔，所述的超声波喷头通过该圆孔与护具2连接，并且将超声波喷头伸进护具2内部。

作为优化，所述弹簧和小球在护具1和护具2上包括上下两层，每层有三个弹簧和小球，相邻弹簧之间的夹角为120°。

作为优化，连接护具1与护具支架1的销可以随时拆卸。

本发明的有益之处是，与现有技术相比：

金属试样通过弹簧和小球的扶持可以牢稳的立在振动发生器上，在压缩的过程中，金属试样高度变短，直径增大，弹簧和小球就会随着金属试样的直径增大而压缩，依然可以扶持金属试样站立而又不对压缩试验产生影响。

在压缩过程中，金属试样温度达到900℃，护具1和护具2可以起到保温作用，使金属试样温度降低的更慢，但振动发生器的温度会随之升高，所以通过冷却隔离进行水循环，对振动发生器进行降温，使试验结果更加精确。

压缩完成后，超声波喷头可以最大面积的喷淋金属试样令其瞬间降温，护具1、护具2防止水滴溅出，金属试样上的水流落到护具支架1和护具支架2上，护具支架1和护具支架2在内部圆孔边缘的凸起可以防止水流落到超声波换能器上，护具支架1上开有出水孔，出水孔下端连接着排水管可以将水流排出。

附图说明

图1是本发明实例的三维结构示意图；

图2是本发明装置护具部分内部的局部放大结构示意图；

图3是本发明弹簧和小球在护具1和护具2上分布的结构示意图；

图中：1、轨道2、支座3、护具支架14、护具15、护具26、护具支架27、超声变幅杆8、法兰盘9工作平台10超声波换能器11、出水孔12、冷却隔离13、弹簧14、小球15、超声波喷头16、振动发生器

具体实施方式

如图所示，一种超声振动金属热压缩试验装置，包括轨道(1)、支座(2)、护具支架1(3)、护具1(4)、护具2(5)、护具支架2(6)、超声变幅杆(7)、法兰盘(8)、工作平台(9)、超声波换能器(10)、出水孔(11)、冷却隔离(12)、弹簧(13)、小球(14)、超声波喷头(15)、振动发生器(16)，其特征在于：所述的支座(2)与轨道(1)为滑动连接，所述的护具支架1(3)和所述的护具支架2(6)均固定在支座(2)上，所述的护具1(4)与护具支架1(3)销连接，所述的护具2(5)固定在护具支架2(6)上，所述的法兰盘(8)与所述的超声变幅杆(7)连接并通过螺栓固定在工作平台(9)上，所述的超声变幅杆(7)连接所述的超声波换能器(10)，所述的出水孔(11)下端连接有排水管，所述的超声波喷头(15)安装在护具2(5)上，所述的弹簧(13)一端与护具1(4)、护具2(5)连接，一端与小球(14)连接。

作为优化，所述的护具2(6)上加工有圆孔，所述的超声波喷头(16)通过该圆孔与护具2(6)连接，并且将超声波喷头伸进护具2(6)内部。

作为优化，所述弹簧(13)和小球(14)在护具1(4)和护具2(5)上包括上下两层，每层有三个弹簧(13)和小球(14)，相邻弹簧(13)之间的夹角为120°。

作为优化，连接护具1(4)与护具支架1(3)的销可以随时拆卸。

下面结合具体的实例对本发明做进一步的详细描述。

首先通过支座(2)在轨道(1)上移动校对好试验位置，护具2(5)是固定不定的，拆开护具1(4)，将加热后温度达到900℃的金属试样放在振动发生器(15)上，固定好护具1(4)，弹簧和小球(13)会稳固金属试样。

开始进行压缩试验，超声波换能器(10)开始工作，超声波换能器(10)将超声波发生器产生的高频电振荡信号转变为机械振动，超声变幅杆(7)在超声波换能器(10)获取超声振幅后将振幅放大，促使超声成形，并将其传递给振动发生器(15)，从而实现超声振动辅助金属热压缩，冷却隔离(12)进行水循环，降低振动发生器(16)的温度，金属试样会随着压缩试验的进行高度减小，直径增大，弹簧(13)和小球(14)会压缩，不影响压缩试验的结果，并使金属试样稳定的站立。

压缩试验完成后，超声波喷头(15)开始喷水，瞬间降低金属试样的温度，喷洒出的水通过出水孔(11)及其连接的出水管排出，降温完成后，打开护具1(4)，取出金属试样，压缩试验完成。

上述具体实施方式仅是本发明的具体个案，本发明的专利保护范围包括但不限于上述具体实施方式的产品形态和式样，任何符合本发明权利要求书的一种超声振动金属热压缩试验装置且任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应落入本发明的专利保护范围。

技术特征：

技术总结
一种超声振动金属热压缩试验装置，涉及通过超声振动辅助金属热压缩试验的装置领域，包括轨道、支座、护具支架1、护具1、护具2、护具支架2、超声变幅杆、法兰盘、工作平台、超声波换能器、出水孔、冷却隔离、弹簧、小球、超声波喷头、振动发生器，其特征在于：支座与轨道为滑动连接，护具支架1和护具支架2均固定在支座上，护具1与护具支架1销连接，护具2固定在护具支架2上，法兰盘与超声变幅杆连接并通过螺栓固定在工作平台上，超声波喷头安装在护具2上，弹簧一端与护具1、护具2连接，一端与小球连接。本发明通过超声振动辅助金属热压缩试验，适用于研究超声振动强化对形变诱导铁素体相变过程的影响。

技术研发人员：贺庆强;朱寒;柴万里;赵军友;陈福忠;金涛
受保护的技术使用者：中国石油大学（华东）
技术研发日：2017.05.17
技术公布日：2017.08.22