本发明涉及一种金属材料在高温状态下实现平面应变压缩试验的装置。
背景技术：
平面应变问题是金属材料的典型变形行为之一，例如旋压变形、轧制变形等，其变形时垂直于应变平面的方向上没有应变。常规平面应变压缩试验，是在Gleeble热力模拟试验机上进行的，采用长条宽板作为试样，狭长窄锤头作为压缩砧头，测试不同变形参数条件下的应力应变曲线。此类试验方法，大致存有三个不足之处：一是无应变方向上被忽略的应变，虽其数值微小但真实存在，试验所得数据不能真正的描述平面应变问题；二是由于试样尺寸较大，试样加热时存在温度分布不均的现象，与设定的变形温度不符，造成试验数据不准确；三是试验压缩变形时，沿45°方向的切向变形趋势明显，这对变形试样组织观察的影响较大。
技术实现要素：
因此，本发明的目的是提供一种基于Gleeble热力模拟试验机能够准确测试平面应变问题试验数据的高温平面应变压缩试验装置。
本发明主要是应用在Gleeble热力模拟试验机上的装置，用于金属材料试样的高温平面应变压缩试验，具体技术方案如下：
在本发明的一个方面，提供了一种用于热力模拟试验机的试验装置，所述的装置包括上压头、下压头、侧垫板、端垫板、固定板、螺栓、垫圈和螺母，所述的上压头包括圆柱部分和平板部分，所述的圆柱部分的平面与平板部分的顶侧面连接；所述的下压头包括圆柱部分和平板部分，所述的圆柱部分的平面与平板部分的顶侧面连接；所述的上压头和下压头相向放置，并且其各自的平板部分的底侧之间留有试样空间；所述的上压头和下压头的平板部分的两侧外侧分别包括固定板；所述的固定板在上端和下端分别包括凹槽，所述的下压头和下压头的平板部分和固定板的凹槽之间分别包括端垫板；所述的固定板上包括通孔通过螺栓和螺母进行固定。
在本发明优选的方面，在上压头和下压头的平板部分的两端面包括垂直于圆柱部分底面的条状凹槽，并且所述的条状凹槽内，平板部分和固定板之间包括侧垫板。
在本发明优选的方面，所述的上压头和下压头的材质为YG8硬质合金钢。
在本发明优选的方面，所述固定板的材质为高温合金。
在本发明优选的方面，所述侧垫板的材质为氧化铝陶瓷。
在本发明优选的方面，所述端垫板的材质为氧化铝陶瓷。
在本发明优选的方面，所述螺栓为高强度螺栓。
在本发明优选的方面，所述侧垫板与固定板内侧凹槽贴紧，并且宽度尺寸配合，其间隙不大于1mm。
在本发明优选的方面，所述端垫板与固定板两端凹槽宽度尺寸配合，其间隙不大于1mm。
本发明能够用于金属材料试样的高温平面应变压缩试验，其中固定板、侧垫板及螺栓螺母构成的固定框架，起到限制金属试样某方向变形的作用，并在异形压头作用下试样进行平面应变变形。其中，异形压头的材质优选为与Gleeble热力模拟试验机镦粗压头材质相同的YG8硬质合金钢，具有高温下耐压强度高、耐氧化的特点；所设计的异形压头形状具有传递载荷避免压溃及导向运动的作用。固定板的材质优选为高温合金，能够保证固定板在高温状态时具有良好的抗弹性变形能力。侧垫板、端垫板的材质均优选为氧化铝陶瓷，因其具有耐高温、绝缘、高强度的特性，起到隔绝异形压头与固定板间电流传输的作用，同时避免了固定板温升过高，以保证固定板在试验时具有良好的刚度。四根螺栓优选为高强度螺栓，其强度高的特性能够保证试验时螺栓不发生弹性变形。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1、本发明能够在热力模拟试验机上实现试样的高温平面应变压缩试验；
2、本发明所涉及的结构、材质特点，能够保证试验所得数据较为精确的描述平面应变问题；
3、本发明应用时所需试样尺寸较小，能够有效避免试样温度分布不均、减少试样45°方向的切向变形趋势；
4、本发明构造简单，易于装配，材质均为市售常规产品，购买方便且易于加工。
附图说明
以下，结合附图来详细说明本发明的实施方案，其中：
图1、图2和图3分别是本发明的实施例1的装置的主视图、左视图、俯视图；
图4是本发明的剖视图示意图；
图5是本发明的立体示意图。
图中：1-上压头、2-端垫板A、3-试样、4-螺栓、5-固定板、6-端垫板B、7-下压头、8-侧垫板A、9-侧垫板B、10-垫圈、11-螺母。
具体实施方式
实施例1
在图1、图2、图3、图4、图5所示的本发明示意图中，试养3为长方体，由YG8硬质合金钢制成的上压头1和下压头7分别位于试样3的两端，上压头1和下压头7的平板部分的厚度要等于或微小于试样3的厚度，且上压头1和下压头7的平板部分的宽度要大于试样3的宽度。端垫板A2、端垫板B6和侧垫板A8、侧垫板B9均由氧化铝陶瓷制成，厚度约为1mm；所述垫板分别安置在两固定板5相应的凹槽内，组合成固定组合板；固定板5由高温合金制成，其凹槽深度不大于1mm；为保证便于安置垫板，垫板与凹槽在宽度方向上留有不大于1mm的间隙。上述固定组合板放置于试样3两侧，要求上压头1、下压头7的圆柱部分端面距端垫板2、6的距离基本相等；通过固定板5上的四个通孔，由四根螺栓4及垫圈10、螺母11施加预紧力以限制试样3。工作时，首先将下压头7、试样3、上压头1依次相叠竖直放置，保证三者轴线基本重合。然后，将端垫板A2、端垫板B6和侧垫板A8、侧垫板B9分别置于两固定板5相应的凹槽内，构成两件组合固定板；再将两件组合固定板放置试样3的两侧，同时穿入四根螺栓4，套入垫圈10并拧入螺母11；在拧紧螺母11过程中，测量上压头1、下压头7圆柱部端面距端垫片A2、端垫板B6间的距离，以调整试样3在组合固定板、螺栓4等所构成框架内位置，试样3的最佳位置位于上述框架的中心。最后，将组装好的试验装置装卡在Gleeble热力模拟试验机的镦粗砧头之间，再将预先焊接在试样3中间段处的热电偶连接到试验机上，通电后试验机砧头、上压头1、下压头7和试样3形成回路，试样3视为电阻发热升温，并预定变形条件下压缩变形，最终获得相应的试验数据。