[發明專利]一種高通量鍛造熱模擬裝置及方法

有效

• 申請號: 201710446479.5
• 申請日: 2017-06-14
• 公開（公告）號: CN107101868B
• 公開（公告）日: 2020-07-17
• 發明（設計）人: 王開坤;胡志強
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: G01N1/44
• 分類號: G01N1/44;G01N1/32;G01D21/02
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

一種高通量鍛造熱模擬裝置及方法，屬于材料研發及加工領域。包括液壓機、鍛造上模、鍛造室、行程導桿、整體式隔熱裝置、階梯式樣品臺、電阻加熱及溫控系統、氣流冷卻及控制系統、壓力傳感器、位移傳感器和壓力位移數據采集處理系統。階梯式樣品臺上排列放置成分不同、大小相同的樣品，通過電阻加熱及溫控系統控制各個試樣的目標加熱溫度，按照預先設定的壓下行程和行程速率進行鍛造熱模擬實驗。通過壓力位移數據采集處理系統得到每個樣品的應力應變曲線，對樣品進行檢測，高通量表征不同鍛造工藝參數對材料組織、性能的影響，為材料鍛造模擬提供大量的基礎數據，驗證材料鍛造模擬結果，快速篩選最優試樣及其最佳鍛造工藝參數，縮短材料研發周期，降低研發成本。

技術領域

本發明屬于材料研發及加工領域，特別是涉及一種高通量鍛造熱模擬裝置及方法。

技術背景

先進材料是科技創新、經濟社會發展和提高全球競爭力的核心。當前，先進材料的開發致力追求一種高效、低成本的研究方法，其中材料基因工程提供了一種材料計算模擬、高通量制備與表征和材料信息學/數據庫相融合的協同創新研發理念。當前，由于受到計算能力、理論模型和基礎數據的限制，大多數計算結果的準確性還遠不能達到實驗結果水平，難以滿足實用的要求。因此，在由傳統實驗方法向新型預測方法的過渡中，高通量實驗發揮著重要作用。

材料高通量實驗是在短時間內完成批量樣品的制備與表征，其核心思想是將傳統材料研究中的順序迭代改為并行處理，以提高材料研究效率。經過幾十年的發展，作為材料基因組計劃三大要素之一的材料高通量制備與表征技術已經取得了較大的發展，并被證明可有效的加速材料研發和應用進程。高通量實驗不僅可以為材料模擬計算提供大量的基礎數據，使材料數據庫得到充實，還可以為材料模擬計算提供實驗驗證，使計算模型得到優化、修正。更為重要的是，材料高通量實驗可快速提供有價值的研究成果，加速材料的篩選和優化。

鍛造是一種廣泛應用的材料加工工藝，其中鐓粗是鍛造中最常見的變形方式。合金成分、鍛造變形量、變形溫度等參數對合金的動態回復和動態再結晶有顯著影響。通過Gleeble試驗機壓縮熱模擬實驗可以代替普通鍛造鐓粗熱模擬實驗，從而得到材料的應力應變等基礎數據，但Gleeble試驗機一次只能做一個壓縮熱模擬實驗、效率較低，無法滿足高通量熱壓縮模擬要求。本發明提供一種高通量鍛造熱模擬裝置及方法，利用該裝置和方法可以一次批量完成不同鍛造工藝參數下的鍛造熱模擬實驗，得到多個樣品不同工藝條件下的應力應變曲線。該方法可以為材料鍛造模擬提供大量基礎數據，也可以驗證材料鍛造模擬結果，實現快速篩選最優試樣及其最佳鍛造工藝參數，從而大大縮短材料研發周期，降低研發成本。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種高通量鍛造熱模擬裝置及方法，可以一次批量完成不同鍛造工藝參數下鍛造實驗，不僅可為材料鍛造模擬提供基礎數據，還可以驗證材料鍛造模擬結果，從而快速篩選最優試樣及其鍛造工藝參數。

本發明是通過下述技術方案來解決上述技術問題的：一種高通量鍛造熱模擬裝置，其特征在于，包括液壓機、鍛造上模、鍛造室、行程導桿、整體式隔熱裝置、階梯式樣品臺，電阻加熱及溫控系統、氣流冷卻及控制系統、壓力傳感器、位移傳感器和壓力位移數據采集處理系統。鍛造室內置階梯式樣品臺，每行樣品采用整體式隔熱裝置分隔開，這樣方便控制溫度和氣流冷卻，電阻加熱及溫控系統給樣品提供熱源，氣流冷卻及控制系統給樣品冷卻。

優選地，所述液壓機采用2000KN四柱液壓機，可以設定上滑塊壓下行程和壓下速率。

優選地，所述鍛造室內置階梯式樣品臺、整體式隔熱裝置、電阻加熱及溫控系統、氣流冷卻及其控制系統，設計四個行程導桿，鍛造室設置在液壓機工作臺上，鍛造上模固定在液壓機滑塊上，在行程導桿的引導下運動。

優選地，所述階梯式樣品臺放在鍛造室內，同時與基座相固定。階梯式樣品臺上，樣品可以同時放置多行，每行可以放置多個，樣品臺每行的高度呈階梯式均勻分布(相鄰樣品臺高度差為1mm)。