[發明專利]一種淬火試樣及其設計方法

有效

• 申請號: 201410479491.2
• 申請日: 2014-09-19
• 公開（公告）號: CN105486710B
• 公開（公告）日: 2018-02-27
• 發明（設計）人: 趙寶純;李桂艷;劉鳳蓮;趙坦;李廣龍;黃磊;王曉峰
• 申請（專利權）人: 鞍鋼股份有限公司
• 主分類號: G01N25/00
• 分類號: G01N25/00
• 代理公司: 鞍山華惠專利事務所21213
• 代理人: 趙長芳

技術領域

本發明屬于檢化驗領域，具體涉及一種熱力模擬試驗機所用淬火模擬試樣及其設計方法。

背景技術

熱力模擬試驗機可以再現材料多種物理冶金過程，是一種有效的多功能模擬試驗機，在鋼鐵企業、高校以及科研院所得到廣泛地應用。應用該試驗機研究材料在高溫狀態的組織形態時，通常采用淬火法。目前，熱力模擬試驗機所用淬火模擬試樣通常為圓柱狀，采用的淬火方法主要有兩種。一種淬火方法是直接向模擬試樣噴水，該方法對選用試樣的規格沒有特殊要求，但應用熱力模擬試驗機實現這種方法會導致一些不良后果。如，與模擬試樣接觸的砧子淬裂，給試驗后續的清理和設備的維護增大難度等。因此，不易采用該方法。另一種淬火方法由“一種對壓縮試樣進行急速水淬的試驗方法”(申請號為201110192682.7)提出。該方法是在淬火溫度下，應用尖嘴鉗將模擬試樣取出并放入水中以達到淬火的目的。這種方法選用的試樣是通常的圓柱狀，也沒有提出對試樣規格的要求。該方法雖然解決了對試樣直接噴水所導致的不良后果，但沒有給出取樣過程中試樣難于取下的情況，由于試驗的加熱是對試樣直接通電加熱，與試樣直接接觸的砧頭為加熱電極，這會導致試樣與砧頭難于分離，發生此現象，就會在取樣時溫度下降，錯過最佳淬火時機，嚴重影響試驗精度和試驗效果。

針對加熱狀態下，試樣與砧頭難于分離的問題，提出一種淬火試樣設計方法及其試樣。常規試樣截面處處相同，在加熱時，試樣兩端的溫度與中心的加熱溫度相差不大，導致試樣與砧頭在加熱到一定溫度時難于脫離，但可以通過改變模擬試樣截面，使試樣兩端溫度與中心溫度產生較大差異，可以使試樣中心處的溫度較高，兩端溫度較低，這樣在低溫下更利于試樣與砧頭的脫離，從而更便于淬火操作。

發明內容

本發明目的在于提出一種淬火試樣設計方法及其試樣，通過將試樣設計成在其軸向上截面不相同的方法使試樣兩端的溫度降低，利于試樣與砧頭的脫離，以便后續的快速淬火操作，提高試驗精度。

為此，本發明所采取的解決方案是：

一種淬火試樣，其特征在于，所述淬火試樣為兩頭粗、中間細的“啞鈴”形，由中間段及兩端對稱的兩個端臺組成，中間段與端臺形狀均為圓柱體，中間段長度大于兩個端臺的總長度。

一種淬火試樣的設計方法，其具體方法和步驟為：

1、試樣及端臺加熱溫度確定：試樣加熱溫度△T₂為900～1100℃，端臺溫度△T₁控制在300℃～500℃。

2、試樣基本尺寸確定：預先確定中間段長度L、直徑d及端臺長度l。

3、計算端臺直徑D：根據公式：計算出端臺截面積S₁，式中：μ₁為端臺熱量損失系數，取值范圍為0.25～0.35；μ₂為中間段熱量損失系數，取值范圍為0.30～0.50；S₁為中間段截面積；S₂為端臺截面積。

根據計算出的端臺截面積S₁，即可得到端臺直徑D，進而獲得D/d的具體數值，并據此制作出淬火試樣。

其設計依據為：

由于是直接對試樣通電加熱，試樣的傳熱特點是軸向的熱輸入相同。加熱時，試樣兩端與中部的溫度差異可以由熱量損失來調整，若熱量損失恒定，則可以通過調整試樣的電阻值和質量特征參數來調整。試樣加熱時溫度的升高與試樣的電阻值和質量有關，而試樣的電阻值由試樣的長度、橫截面面積和電阻率決定，試樣的質量又由試樣的長度、橫截面積和密度決定。利用試樣的橫截面面積設計試樣兩端和中間段的溫度升高，將試樣的兩端設計成截面積大而中間截面積小，以使試樣的兩端溫度低于中間段溫度，故將試樣設計成兩邊粗，中間細的“啞鈴狀”。由于試樣橫截面面積大的部分溫升小，橫截面面積小的部分溫升大，因此合理選擇試樣中間段與兩端橫截面積比值即成為試樣設計的核心。而試樣中間段與兩端橫截面積比值的選取，可以根據試樣熱量的損失以及需要調節試樣的兩端和中間溫度差值來確定。試樣的端部和中間段的熱量損失與接觸試樣的砧頭、試驗機以及試驗環境有關。試樣端部溫度低，熱量損失受熱傳導和輻射兩種方式影響，熱量損失系數μ₁通常在0.25～0.35范圍；試樣的中間段溫度高，熱量損失以熱輻射為主，熱量損失系數μ₂通常在0.30～0.50范圍。

本發明的有益效果為：