[發明專利]一種高強度汽車鋼沖擊試樣形變熱處理的熱力模擬方法

有效

• 申請號: 201610989453.0
• 申請日: 2016-11-10
• 公開（公告）號: CN106525563B
• 公開（公告）日: 2019-01-08
• 發明（設計）人: 彭良貴;劉偉杰;馮瑩瑩
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: G01N1/44
• 分類號: G01N1/44
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 梁焱

1.一種高強度汽車鋼沖擊試樣形變熱處理的熱力模擬方法，其特征在于，具體包括如下步驟：

步驟1，進行(A)和(B)，(A)和(B)無先后順序：

(A)確定模擬試樣尺寸：

以標準沖擊試樣的尺寸為基準，確定模擬試樣尺寸：

標準沖擊試樣為長方體，設：長方體底面的長為H_長，長方體底面的寬為H_寬，長方體的高為H_高；

模擬試樣的結構為一體式結構，模擬試樣由模擬長方體、2個階梯臺和2個夾持端組成，在模擬長方體的兩個底面的兩側分別設置有相同的階梯臺，階梯臺的兩側分別設置有相同的夾持端，階梯臺和夾持端均為長方體，設：

模擬長方體的長與標準沖擊試樣的長平行，模擬長方體的寬與標準沖擊試樣的寬平行，模擬長方體的高與標準沖擊試樣的高平行，模擬長方體的高成為自由跨度，階梯臺的長與模擬長方體的長平行，階梯臺的寬與模擬長方體的寬平行，階梯臺的高與模擬長方體的高平行，夾持端的長與模擬長方體的長平行，夾持端的寬與模擬長方體的寬平行，夾持端的高與模擬長方體的高平行；設：

模擬長方體的長為H_模擬長，模擬長方體的寬為H_模擬寬，模擬長方體的高為H_模擬高；

階梯臺的長為H_階長，階梯臺的寬為H_階寬，階梯臺的高為H_階高；

夾持端的長為H_夾長，夾持端的寬為H_夾寬，夾持端的高為H_夾高；

則：

2×(H_夾高+H_階高)+H_模擬高≤80mm；

H_模擬高≥10mm；

H_模擬長＝H_長+Δh_均；

H_模擬寬＝H_寬+Δh_均；

H_階長＝H_長+Δh_階；

H_階寬＝H_寬+Δh_階；

H_夾高滿足熱力模擬試驗機夾具的夾持要求；

H_夾長＝H_長+Δh_夾；

H_夾寬＝H_寬+Δh_夾；

其中：Δh_均為模擬長方體長和寬的微調，Δh_階為階梯臺長和寬的微調，Δh_夾為夾持端長和寬的微調，Δh_階＞Δh_夾＞Δh_均；

(B)確定熱力模擬過程中的高溫形變及熱處理工藝參數，包括加熱方式、加熱溫度、加熱速度、保溫時間、變形溫度、變形量、應變速率、冷卻方式、冷卻溫度、冷卻速度和冷卻等溫時間：

步驟2，在模擬試樣的模擬長方體表面焊接熱電偶：

(1)在模擬長方體側表面，選定一個長和高構建的表面或寬和高構建的表面，確定2組K型熱電偶的4個焊接點：該表面的中心點，為第一主熱電偶焊接點；沿垂直于模擬長方體的高的方向上，距離中心點距離為D的點為第二主熱電偶焊接點；沿平行于模擬長方體的高的方向上，第一主熱電偶焊接點平移距離L的點，為第三輔助熱電偶焊接點；沿平行于模擬長方體的高的方向上，第二主熱電偶焊接點平移距離L的點，為第四輔助熱電偶焊接點；其中，距離D為偶絲直徑的4～10倍，距離L滿足關系式，H_模擬高：L≥4；

(2)分別將兩條主熱電偶的偶絲的一端，焊接在第一主熱電偶焊接點和第二主熱電偶焊接點上；分別將兩條輔助熱電偶的偶絲的一端，焊接在第三輔助熱電偶焊接點和第四輔助熱電偶焊接點上；其中，焊接時，主熱電偶的兩條偶絲根部和輔助熱電偶的兩條偶絲的根部均與被焊接的模擬長方體側表面垂直；

步驟3，將模擬試樣安裝到熱力模擬機上：

(1)用兩個夾具分別夾緊模擬試樣的兩個夾持端，并將夾具固定在熱力模擬試驗機操作箱內的試樣夾緊裝置上；

(2)分別將兩條主熱電偶的偶絲的另一端，連接到操作箱內的一組內接線柱的正極和負極上；分別將輔助熱電偶的偶絲的另一端，連接到操作箱內的另一組內接線柱的正極和負極上；

步驟4，對模擬試樣進行加熱處理：

對熱力模擬試驗機操作箱抽真空，設定加熱方式、加熱速率、加熱溫度和保溫時間，啟動夾具的冷卻裝置，對模擬試樣進行加熱處理；在保溫過程中，主熱電偶實測溫度為T_心，輔助熱電偶實測溫度為T_邊，通過(a)或(b)的調控方法滿足T_心-T_邊≤5，具體的調控方法為：

(a)當T_心-T_邊≤5不成立時，中止試驗，更換夾具，選擇具有低導熱性能的夾具，重新開始步驟3；

(b)當T_心-T_邊≤5不成立時，中止試驗，重新調整輔助熱電偶的焊接位置，縮小與主熱電偶的距離L，重新開始步驟2；

當T_心-T_邊≤5成立時，則在模擬長方體上確定模擬試樣加熱后的均溫區：以第一主熱電偶焊接點為對稱中心，找到第三輔助熱電偶焊接點的對稱點，稱為第五熱電偶焊接點，那么在模擬長方體上，第三輔助熱電偶焊接點所在橫截面與第五熱電偶焊接點所在橫截面之間的區域，稱為模擬試樣加熱后的均溫區；即模擬試樣加熱后的均溫區的高與模擬長方體的高平行且高為2L；

步驟5，對模擬試樣進行壓縮試驗：

(1)模擬試樣經加熱和保溫后，熱力模擬試驗機根據設定變形溫度、變形量、應變速率，對模擬長方體進行壓縮變形，壓縮變形結束后在均溫區域內產生鐓粗區，設緊鄰模擬長方體兩側的階梯臺臺面之間的距離為H_壓縮高，則：

實際變形量＝H_模擬高-H_壓縮高

實際變形程度＝(H_模擬高-H_壓縮高)/H_模擬高×100％；

(2)在模擬長方體上確定模擬試樣壓縮后的均溫區，在壓縮后的模擬長方體上，第三輔助熱電偶焊接點所在橫截面與第五熱電偶焊接點所在橫截面之間的區域，稱為模擬試樣壓縮后的均溫區；

步驟6，對模擬試樣進行冷卻處理：

模擬試樣熱壓縮變形完成后，熱力模擬試驗機根據設定的冷卻方式、冷卻溫度、冷卻速度和冷卻等溫時間冷卻工藝參數，對模擬長方體進行熱處理；

步驟7：模擬試樣表面觀察：

模擬試樣熱處理結束后，取下模擬試樣，將鐓粗區放大20倍及以上倍數，觀察其表面是否出現裂紋：

如有裂紋，更換模擬試樣后，重新開始步驟2；

如無裂紋，進行步驟8；

步驟8，用標準沖擊試樣驗證沖擊過程是否有效：

(1)以模擬試樣的第一主熱電偶焊接點所在橫截面對應標準沖擊試樣的中心截面，將模擬試樣加工成標準沖擊試樣，在標準沖擊試樣的中部位置開V型口或U型口并標注其均溫區的范圍，其中，標準沖擊試樣的均溫區確定方法：以模擬試樣的第一主熱電偶焊接點所在橫截面對應標準沖擊試樣的中心截面，標準沖擊試樣對應模擬試樣壓縮后的均溫區的部分，稱為標準沖擊試樣的均溫區；

(2)用擺錘沖擊試驗機或落錘沖擊試驗機對標準沖擊試樣進行沖擊試驗，將標準沖擊試樣沖斷；

(3)將沖斷的標準沖擊試樣拼接起來，觀察斷裂面是否在標準沖擊試樣均溫區范圍內；

如果斷裂面處于標準沖擊試樣均溫區范圍內，則表明熱力模擬過程成立，進而確定高強度汽車鋼形變熱處理參數：加熱方式、加熱溫度、加熱速率、保溫時間、變形溫度、變形量、應變速率、冷卻方式、冷卻溫度、冷卻速率和冷卻等溫時間工藝參數，即為熱力模擬過程中模擬試樣的對應參數；

如果斷裂面超出標準沖擊試樣均溫區范圍，進行(c)或(d)后，重新開始步驟4，直至斷裂面處于標準沖擊試樣均溫區范圍內；

(c)更換夾具，選擇具有低導熱性能的夾具，使得均溫區增大，從而調整輔助熱電偶的焊接位置，擴大與主熱電偶的距離L；

(d)增大模擬長方體的高度，按照H_模擬高：L≥4關系式，相應調整輔助熱電偶的焊接位置，擴大與主熱電偶的距離L。