本發(fā)明涉及噴碳膜位置選取技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種熱模擬試樣噴碳膜位置選取方法。

背景技術(shù)：

材料現(xiàn)代物理模擬技術(shù)是采用小試樣，利用熱力模擬試驗機(jī)研究材料在特定工藝條件下的組織和性能的變化規(guī)律。熱壓縮物理模擬的關(guān)鍵在于獲得材料的單向應(yīng)力狀態(tài)，即材料的均勻形變，但在實際情況中由于試樣與壓頭端面間存在摩擦力的影響，形變完成后試樣會出現(xiàn)上下端面小而中間凸的腰鼓形，即發(fā)生不均勻形變。形變的不均勻性會增大研究材料的析出相分析的難度。分析材料析出相的普遍方法是通過碳萃取復(fù)型法，然而，由于熱模擬試驗的試樣壓縮變形存在不均勻性，試樣內(nèi)部應(yīng)變分布不均勻，需要合理地選取待觀察位置，以滿足研究要求。目前，主要是根據(jù)經(jīng)驗選取熱模擬試樣噴碳膜觀察位置，并用刻刀在鍍膜表面劃出一個一定長寬的方塊，然后，將試樣放入適當(dāng)腐蝕液中脫碳膜通過酸腐蝕取下碳膜。用刻刀刻畫試樣噴碳表面對操作者的操作技術(shù)要求高，容易產(chǎn)生偏離，造成試樣碳膜的位置選取不當(dāng)，則會影響到材料析出相的分析結(jié)果，甚至導(dǎo)致錯誤結(jié)論，因此，很有必要提出一種熱模擬試樣的噴碳膜選取方法，解決現(xiàn)有技術(shù)的不足。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種熱模擬試樣噴碳膜位置選取方法，該方法適用于變形不均勻的熱模擬試樣，獲取試樣上對應(yīng)于模擬實際軋制應(yīng)變量的碳膜位置，降低了刻畫碳膜的難度，提高了在熱加工過程中分析材料析出行為的可靠性。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種熱模擬試樣噴碳膜位置選取方法，包括如下步驟：

1)按照模擬試驗工藝參數(shù)，進(jìn)行熱模擬試驗，獲得熱模擬試樣，對模擬試樣進(jìn)行切割，磨光、拋光，應(yīng)用腐蝕液腐蝕出其金相組織；

2)按照熱模擬試樣的加工工藝參數(shù)，通過有限元分析軟件計算得到熱模擬試樣在設(shè)定工藝條件下的應(yīng)變分布圖；

從圖中找出試樣中應(yīng)變等于名義應(yīng)變的位置，名義應(yīng)變?yōu)楣に囋O(shè)定的應(yīng)變量；

再從圖中找出其他的應(yīng)變量位置作為研究對比區(qū)域，目的是在一個熱模擬試樣上同時選取出具有不同應(yīng)變量區(qū)域的碳膜；

選取相同應(yīng)變量區(qū)域制備碳膜，便于分析比較，增大檢驗的可靠性；

選取不同應(yīng)變量區(qū)域制備碳膜，用以檢測出應(yīng)變量對材料在熱加工過程中析出行為的影響；

3)按照步驟2中的應(yīng)變分布，成比例地繪制在一張隔板上，隔板與步驟1中模擬試樣待觀察面具有相同的形狀尺寸，選取應(yīng)變量研究對比區(qū)域，在對應(yīng)的應(yīng)變分布線上刻畫出不同形狀的孔，且使所刻形狀的幾何中心處于應(yīng)變分布線上；為了進(jìn)行比較分析，對稱地選取刻畫孔的位置；應(yīng)變相同的位置刻畫相同形狀的孔，應(yīng)變不同的位置刻畫不同形狀的孔；

4)在經(jīng)過步驟1處理的模擬試樣待觀察面上放置步驟3中設(shè)計的隔板，然后將附有隔板的熱模擬試樣放置于真空鍍膜機(jī)內(nèi)，進(jìn)行高真空噴鍍碳膜；

5)將步驟4中噴好碳膜的模擬試樣取出，去除步驟3中所述隔板，獲得了只有待觀察區(qū)域噴鍍碳膜的模擬試樣，并將其放入腐蝕液中，待碳膜脫落，用鐵絲網(wǎng)將碳膜撈出，并放入酒精和去離子水的混合液中，利用去離子水的張力將碳膜展開，根據(jù)步驟3中刻取碳膜的不同形狀，將展開的碳膜再用鐵絲網(wǎng)分別將具有相同形狀的碳膜轉(zhuǎn)移到其它盛有酒精與去離子水混合液的容器中；相同形狀的碳膜用于材料析出相的觀察、比較分析，而不同形狀的碳膜則用于分析應(yīng)變量對材料析出行為的影響。

與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明所提供的熱模擬試樣噴碳膜位置選取方法針對熱模擬試樣在熱加工過程中變形不均勻的特點，在一個熱模擬試樣上同時獲得了具有名義應(yīng)變的碳膜區(qū)域和具有其它應(yīng)變量的碳膜區(qū)域，并避免了用刻刀直接刻畫碳膜，降低了操作難度。另外，不同應(yīng)變量的碳膜具有不同形狀，相同形狀的碳膜用于材料析出相的觀察、比較分析，提高了分析材料在熱加工過程中析出行為的可靠性；而不同形狀的碳膜則用于研究應(yīng)變量對材料析出行為的影響，提高了檢驗效率，降低了實驗成本。

附圖說明

圖1是實施例1的熱模擬試樣應(yīng)變量的分布圖；

圖2是實施例1中根據(jù)熱模擬試樣應(yīng)變量分布圖所刻畫隔板的總體圖；

圖中：1-未變形區(qū)域，2-沿曲線區(qū)域為應(yīng)變量為50％區(qū)域，3-沿曲線區(qū)域為應(yīng)變量為75％區(qū)域，4-正方形孔區(qū)域，5-菱形孔區(qū)域，6-長方形孔區(qū)域。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式進(jìn)一步說明：

一種熱模擬試樣噴碳膜位置選取方法，包括如下步驟：

1)按照模擬試驗工藝參數(shù)，進(jìn)行熱模擬試驗，獲得熱模擬試樣，對模擬試樣進(jìn)行切割，磨光、拋光，應(yīng)用腐蝕液腐蝕出其金相組織；

2)按照熱模擬試樣的加工工藝參數(shù)，通過有限元分析軟件計算得到熱模擬試樣在設(shè)定工藝條件下的應(yīng)變分布圖；

從圖中找出試樣中應(yīng)變等于名義應(yīng)變的位置，名義應(yīng)變?yōu)楣に囋O(shè)定的應(yīng)變量；

再從圖中找出其他的應(yīng)變量位置作為研究對比區(qū)域，該區(qū)域可根據(jù)具體情況在非名義應(yīng)變的位置上任意選取，目的是在一個熱模擬試樣上同時選取出具有不同應(yīng)變量區(qū)域的碳膜；

選取相同應(yīng)變量區(qū)域制備碳膜，便于分析比較，增大檢驗的可靠性；

選取不同應(yīng)變量區(qū)域制備碳膜，用以檢測出應(yīng)變量對材料在熱加工過程中析出行為的影響；

3)按照步驟2中的應(yīng)變分布，成比例地繪制在一張隔板上，隔板與步驟1中模擬試樣待觀察面具有相同的形狀尺寸，選取應(yīng)變量研究對比區(qū)域，在對應(yīng)的應(yīng)變分布線上刻畫出不同形狀的孔，且使所刻形狀的幾何中心處于應(yīng)變分布線上；為了進(jìn)行比較分析，對稱地選取刻畫孔的位置；應(yīng)變相同的位置刻畫相同形狀的孔，應(yīng)變不同的位置刻畫不同形狀的孔；

4)在經(jīng)過步驟1處理的模擬試樣待觀察面上放置步驟3中設(shè)計的隔板，然后將附有隔板的熱模擬試樣放置于真空鍍膜機(jī)內(nèi)，進(jìn)行高真空噴鍍碳膜；

5)將步驟4中噴好碳膜的模擬試樣取出，去除步驟3中所述隔板，獲得了只有待觀察區(qū)域噴鍍碳膜的模擬試樣，并將其放入腐蝕液中，待碳膜脫落，用鐵絲網(wǎng)將碳膜撈出，并放入酒精和去離子水的混合液中，利用去離子水的張力將碳膜展開，根據(jù)步驟3中刻取碳膜的不同形狀，將展開的碳膜再用鐵絲網(wǎng)分別將具有相同形狀的碳膜轉(zhuǎn)移到其它盛有酒精與去離子水混合液的容器中；相同形狀的碳膜用于材料析出相的觀察、比較分析，而不同形狀的碳膜則用于分析應(yīng)變量對材料析出行為的影響。

實施例1：

1)熱模擬試樣的加工工藝描述：試驗材料選用低碳低合金鋼，將材料加工成Φ10×15mm的圓柱狀試樣。應(yīng)用熱力模擬試驗機(jī)將試樣加熱至1000℃，保溫3分鐘，然后，以1s^-1的應(yīng)變速率將試樣壓縮7.5mm，工程應(yīng)變?yōu)?0％；

2)對步驟1中的試樣進(jìn)行磨光、拋光至表面無劃痕，應(yīng)用含有4％硝酸的酒精溶液腐蝕出其金相組織；酒精溶液的濃度為75％。

3)按照步驟1中的試驗參數(shù)，應(yīng)用Abaqus軟件進(jìn)行有限元數(shù)值模擬，得到熱模擬試樣在設(shè)定工藝條件下的應(yīng)變分布圖；如圖1所示，應(yīng)變分布圖中區(qū)域為：未變形區(qū)域1，沿曲線區(qū)域為應(yīng)變量為50％區(qū)域2，沿曲線區(qū)域為應(yīng)變量為75％區(qū)域3。其中應(yīng)變量為50％區(qū)域2為名義應(yīng)變區(qū)域，應(yīng)變量為75％區(qū)域3為研究對比區(qū)域。

4)根據(jù)步驟3中確定出的應(yīng)變分布圖，用沖刀在一張具有一定粘度的硬紙板上分別對稱地刻畫出兩個邊長為2mm的正方形孔、兩個菱形孔和兩個長2.5mm寬為2mm的矩形孔，以便對比分析。正方形孔區(qū)域4為無應(yīng)變區(qū)域碳膜位置，菱形孔區(qū)域5為應(yīng)變量為50％區(qū)域碳膜位置，矩形孔區(qū)域6為應(yīng)變量為75％區(qū)域碳膜位置，如圖2所示。所刻畫孔的形狀幾何中心處于研究的應(yīng)變區(qū)域中心；

5)將步驟4中的硬紙板粘附于經(jīng)步驟2處理的模擬試樣待觀察面上，并放置于DM220高真空鍍膜機(jī)內(nèi)，進(jìn)行高真空噴鍍碳膜；

6)碳膜噴鍍好后，將硬紙板取下，并將熱模擬試樣放入含有10％硝酸的酒精(酒精溶液的濃度為75％)中腐蝕，待碳膜脫落，用鐵絲網(wǎng)將碳膜撈出，放入質(zhì)量比為1：1的酒精和去離子水的混合液中，展開的碳膜呈不同形狀，用鐵絲網(wǎng)分別將具有相同形狀的碳膜轉(zhuǎn)移到其它盛有酒精與去離子水混合液的容器中。相同形狀的碳膜用于材料析出相的觀察、比較分析，而不同形狀的碳膜則用于分析應(yīng)變量對材料析出行為的影響。