專利名稱：一種模擬超快冷試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于熱模擬試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種模擬超快冷試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法。
背景技術(shù)：
超快速冷卻技術(shù)是在現(xiàn)代的連軋過程提供加工硬化奧氏體的基礎(chǔ)上，以超快速冷卻為核心，對(duì)軋后硬化奧氏體進(jìn)行超快速冷卻并在動(dòng)態(tài)相變點(diǎn)終止冷卻，隨后進(jìn)行較緩慢冷卻控制。這項(xiàng)技術(shù)的軋制冷卻工藝應(yīng)用，減少了微合金化元素、合金元素，避免了低溫大壓下軋制，所獲得的鋼鐵材料具有性能優(yōu)良、節(jié)省資源和能源的特點(diǎn)。Gleeble-3800熱模擬試驗(yàn)機(jī)通用單元由真空罐內(nèi)的可移動(dòng)U型槽、試樣、砧頭、夾具緊密接觸組成熱變形裝置，再與液壓系統(tǒng)相連接，形成閉合加熱回路和加壓回路，可進(jìn)行各種加熱冷卻及高溫拉壓變形試驗(yàn)，用于模擬熱加工工藝過程試驗(yàn)，現(xiàn)有的通用單元未配備試樣冷卻裝置，試樣冷卻只能通過夾具組件的熱傳導(dǎo)來實(shí)現(xiàn)，冷卻能力是相當(dāng)有限的，試樣最快冷卻速度為20°C /s，模擬試驗(yàn)的應(yīng)用范圍受到限制。難于實(shí)現(xiàn)冷卻速接近100°C /s的超快冷模擬功能?，F(xiàn)有的夾具組件為碳化鎢砧頭裝置，包括底座、保溫套、碳化鎢砧頭等，其整體導(dǎo)熱性能不好，不能實(shí)現(xiàn)試樣的超快速冷卻。專利“電阻型熱模擬夾頭裝置”(專利號(hào)03259544.1)提出在砧頭座上設(shè)有提高試樣冷卻效果的旁路水冷系統(tǒng)，可使夾頭得到水冷，提高試樣的冷卻效果，增加試樣冷卻速度。但在砧頭座內(nèi)通水，會(huì)導(dǎo)致夾在砧頭中間的試樣軸向溫度梯度大，變形不均勻，使試樣的熱變形行為失真，模擬試驗(yàn)的精度不高，其特種模擬試驗(yàn)的應(yīng)用效果受到影響。專利“一種熱模擬機(jī)的試樣急冷裝置”(專利號(hào)200720067245.1)是基于熱模擬機(jī)配備的液壓楔單元所提出的，一管道在真空蓋上入口處分成四路，由四個(gè)軟管連接，軟管另一端接噴嘴，由可伸縮支架固定在砧頭座上，冷卻介質(zhì)由管道進(jìn)入噴嘴噴在試樣上，實(shí)現(xiàn)試樣加速冷卻。該裝置缺點(diǎn)是冷卻介質(zhì)經(jīng)分流后的壓力流量有限，試樣冷卻速度提高幅度有限，又因其占用空間大，不適合在通用單元應(yīng)用。專利“一種熱模擬機(jī)夾頭裝置”(專利號(hào)ZL201120088251.1)提出的夾頭裝置是通過熱輻射和熱傳導(dǎo)實(shí)現(xiàn)快速冷卻試樣的效果，但是僅通過熱輻射和熱傳導(dǎo)的方式難于實(shí)現(xiàn)快冷后即刻緩冷功能，不能模擬超快冷工藝過程，該專利并未針對(duì)模擬超快冷技術(shù)提出冷卻控制方法。超快冷技術(shù)要求對(duì)開冷溫度和終冷溫度進(jìn)行精確控制，冷卻時(shí)間僅為l_2s很短的時(shí)間段，且在此控制過程中往往要求在快速冷卻之后在某一特定溫度下待溫，上述的試樣冷卻裝置雖然能夠?qū)崿F(xiàn)試樣的快速冷卻，但是并未提出冷卻開始與結(jié)束的精確時(shí)間的控制，在冷卻時(shí)往往由于控制的延遲效應(yīng)使實(shí)施冷卻動(dòng)作延遲，導(dǎo)致冷卻不及時(shí)，在需要待溫時(shí)往往又由于結(jié)束冷卻動(dòng)作的延遲，產(chǎn)生冷卻過沖。然而，超快冷技術(shù)的實(shí)現(xiàn)往往是在很短的時(shí)間內(nèi)完成，若仍采用常規(guī)的控制方法，必然會(huì)影響到實(shí)驗(yàn)參數(shù)控制的準(zhǔn)確性，影響到后續(xù)的組織檢驗(yàn)工作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開一種模擬超快冷試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法，以再現(xiàn)超快冷技術(shù)在生產(chǎn)實(shí)際中的應(yīng)用過程，應(yīng)用熱模擬試驗(yàn)機(jī)研究超快冷技術(shù)以獲得鋼鐵材料理想的組織與性能。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，模擬超快冷試驗(yàn)方法所采用的裝置由真空罐、U形槽、夾頭、卡具、噴嘴及其支架、儲(chǔ)氣罐、冷水箱、水泵組成，U形槽置于真空罐內(nèi)，所述的夾頭由兩部分組成楔形塊和與之相配套的砧頭，楔形塊夾緊砧頭位于U形槽內(nèi)，并由卡具頂緊，所述的楔形塊開有3個(gè)相通的孔，其一安裝有電磁閥，其余兩孔外連接軟管，軟管的另一端通向真空罐的外部，分別與冷水箱的出水口與回水口相連，形成閉合回路，該閉合回路中的水的循環(huán)由水泵提供動(dòng)力。本發(fā)明在U形槽上安裝支架用于固定噴嘴，噴嘴連有軟管，軟管的另一端通向真空罐的外部。本發(fā)明所采用的兩個(gè)冷卻噴嘴3(Γ45度角布置，以利于對(duì)流換熱，噴嘴呈錐狀。本發(fā)明所述的儲(chǔ)氣罐內(nèi)的氣體流動(dòng)由安裝于軟管上的電磁閥控制。本發(fā)明模擬超快冷的試驗(yàn)方法具體步驟如下I將安裝于楔形塊上的電磁閥置于開啟狀態(tài)，進(jìn)行抽真空操作，使楔形塊內(nèi)孔與真空罐具有相同的真空度，此時(shí)楔形塊內(nèi)的真空狀態(tài)可降低導(dǎo)熱能力，當(dāng)真空度達(dá)到預(yù)期值時(shí)，關(guān)閉該電磁閥，使管路不會(huì)因?yàn)橥ㄋl(fā)生泄漏。2編制及運(yùn)行試驗(yàn)程序，把試樣當(dāng)做電阻通電加熱，由于楔形塊導(dǎo)熱能力較差，使試樣在軸向上的溫度差減小，試樣加熱保溫時(shí)溫度分布均勻，以保證隨后變形的均勻性。

3、熱變形結(jié)束后，快速將試樣冷卻到目標(biāo)溫度溫度前的一小段時(shí)間，分別開啟水泵和控制儲(chǔ)氣罐氣體流動(dòng)的氣體閥，使冷卻水在管路中運(yùn)行以及冷卻氣體由儲(chǔ)氣罐流出，提前的具體時(shí)間和水泵、氣體閥開啟的先后順序，由連接的軟管的長短，水壓和氣壓決定。兩段時(shí)間具體計(jì)算過程分別如下I)冷卻循環(huán)水管路水平部分和豎直長度分別為h，H，則根據(jù)伯努利原理，凡處于同一流線上的實(shí)際流體運(yùn)動(dòng)質(zhì)點(diǎn)，其所具有的函數(shù)值都是相同的，則有1> + 2pV + 郵=('i ( 1 ,其中，P為水的壓強(qiáng)，P為水的密度，V為水的流速，C1為常數(shù)(C1根據(jù)流體運(yùn)動(dòng)的伯努利方程確定)水在管路豎直部分和水平部分流動(dòng)時(shí)間h和t2分別由下式計(jì)算t^H/v(2)t2=2h/v(3)將公式(I)代入公式(2)、(3)，可以得到冷卻循環(huán)水到達(dá)楔形塊的時(shí)間
權(quán)利要求
1.一種模擬超快冷試驗(yàn)裝置，其特征在于，它由真空罐、U形槽、夾頭、卡具、噴嘴及其支架、儲(chǔ)氣罐、冷水箱、水泵組成，U形槽置于真空罐內(nèi)，所述的夾頭由兩部分組成楔形塊和與之相配套的砧頭，楔形塊夾緊砧頭位于U形槽內(nèi)，并由卡具頂緊，所述的楔形塊開有3個(gè)相通的孔，其一安裝有電磁閥，其余兩孔外連接軟管，軟管的另一端通向真空罐的外部，分別與冷水箱的出水ロ與回水口相連，形成閉合回路，該閉合回路中的水的循環(huán)由水泵提供動(dòng)力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述ー種模擬超快冷試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述的U形槽上安裝支架用于固定噴嘴，噴嘴連有軟管，軟管的另一端通向真空罐的外部，與冷水箱相接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述ー種模擬超快冷試驗(yàn)裝置，其特征在于，冷卻噴嘴上下呈3(T45度角分布，噴嘴為帶針孔的針狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述ー種模擬超快冷試驗(yàn)裝置，其特征在于，儲(chǔ)氣罐經(jīng)軟管與電磁閥連接。
5.一種采用如權(quán)利要求1至4任意一項(xiàng)所述的一種模擬超快冷試驗(yàn)裝置的試驗(yàn)方法，其特征在于，具體步驟如下 1)將安裝于楔形塊上的電磁閥置于開啟狀態(tài)，進(jìn)行抽真空操作，使楔形塊內(nèi)孔與真空罐具有相同的真空度，此時(shí)楔形塊內(nèi)的真空狀態(tài)可降低導(dǎo)熱能力，當(dāng)真空度達(dá)到預(yù)期值時(shí)，關(guān)閉該電磁閥，使管路不會(huì)因?yàn)橥ㄋl(fā)生泄漏； 2)編制及運(yùn)行試驗(yàn)程序，把試樣當(dāng)做電阻通電加熱，由于楔形塊導(dǎo)熱能力較差，使試樣在軸向上的溫度差減小，試樣加熱保溫時(shí)溫度分布均勻； 3)熱變形結(jié)束后，快速將試樣冷卻到目標(biāo)溫度前的一段時(shí)間，分別開啟水泵和控制儲(chǔ)氣罐氣體流動(dòng)的氣體閥，使冷卻水在管路中運(yùn)行以及冷卻氣體由儲(chǔ)氣罐流出，提前的具體時(shí)間和水泵、氣體閥開啟的先后順序，由連接的軟管的長短，水壓和氣壓決定； 4)關(guān)閉水泵和控制儲(chǔ)氣罐氣體流動(dòng)的氣體閥。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的ー種模擬超快冷試驗(yàn)裝置試驗(yàn)方法，其特征在干，提前開啟水泵、氣體閥兩個(gè)時(shí)間段具體計(jì)算過程分別如下 I)冷卻循環(huán)水管路水平部分和豎直長度分別為h，H，則根據(jù)伯努利原理，凡處于同一流線上的實(shí)際流體運(yùn)動(dòng)質(zhì)點(diǎn)，其所具有的函數(shù)值都是相同的，則有
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的ー種模擬超快冷試驗(yàn)裝置試驗(yàn)方法，其特征在干，提前關(guān)閉水泵、氣體閥的時(shí)間具體計(jì)算過程分別如下設(shè)定水泵提前關(guān)閉時(shí)間為水泵啟動(dòng)時(shí)間，即tfl=tb。氣體閥提前關(guān)閉時(shí)間，按照如下公式計(jì)算
全文摘要
本發(fā)明公開一種模擬超快冷試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法，它由真空罐、U形槽、夾頭、卡具、噴嘴及其支架、儲(chǔ)氣罐、冷水箱、水泵組成，具體步驟如下將安裝于楔形塊上的電磁閥置于開啟狀態(tài)，編制及運(yùn)行試驗(yàn)程序，把試樣當(dāng)做電阻通電加熱，熱變形結(jié)束后，快速將試樣冷卻到目標(biāo)溫度前的一段時(shí)間，分別開啟水泵和控制儲(chǔ)氣罐氣體流動(dòng)的氣體閥，使冷卻水在管路中運(yùn)行以及冷卻氣體由儲(chǔ)氣罐流出，提前的具體時(shí)間和水泵、氣體閥開啟的先后順序，關(guān)閉水泵和控制儲(chǔ)氣罐氣體流動(dòng)的氣體閥。本發(fā)明超快冷模擬裝置設(shè)計(jì)科學(xué)合理，控制簡便易行，通過熱傳導(dǎo)、對(duì)流以及輻射三種方式提高冷卻能力，達(dá)到了模擬生產(chǎn)實(shí)際的超快速冷卻工藝要求，為超快冷技術(shù)在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用研究提供了有效手段。
文檔編號(hào)G01N3/60GK103033430SQ20121041110
公開日2013年4月10日 申請日期2012年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月23日
發(fā)明者李桂艷, 趙寶純, 時(shí)曉光, 楊靜, 黃磊, 劉鳳蓮 申請人:鞍鋼股份有限公司