一种通过Gleeble压缩测量轧制过程温升的方法
阅读：158发布：2020-05-08
专利汇可以提供一种通过Gleeble压缩测量轧制过程温升的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供了一种通过Gleeble压缩测量 轧制 过程温升的方法：1)加工 热压 缩试样；2) 焊接 热电偶 ；3)设置参数进行压缩实验；4)计算测量试样外表面的温升；5)计算测量相同条件下轧件中心部位的温升。通过该方法可以在Gleeble热 力 模拟试验机上进行压缩试验来模拟 合金 板坯 或板材的轧制 变形 过程，根据Gleeble压缩试验所设定的 温度 和记录的实时温度，计算得到各变形条件下试样外表面的温升；根据实验所测定的温升、热扩散率、 比热 、导热系数、导热速率值以及轧件 接触 区尺寸，应用到轧制过程中计算测量相同条件下轧件中心部位的温升。使用该方法测量轧制温升，可以为锆合金的轧制等变形工艺提供技术支持，是一种通过Gleeble压缩测量轧制过程温升有效的研究方法。，下面是一种通过Gleeble压缩测量轧制过程温升的方法专利的具体信息内容。
1.一种通过Gleeble压缩测量轧制过程温升的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)加工制备Gleeble压缩试验样品；
2)根据材料类型及实验温度选择合适的热电偶，用热电偶焊机在试样表面中心部位焊牢热电偶；
3)Gleeble压缩试样两端不进行润滑；
4)在Gleeble热力模拟试验机Quiksim界面上编制模拟程序，设置所需要的试验参数，进行压缩试验；
5)根据Gleeble压缩试验所设定的温度和记录的实时温度，计算得到各变形条件下试样外表面的温升；
6)根据实验所测定的温升、热扩散率、比热、导热系数、导热速率值以及轧件接触区尺寸，应用到轧制过程中计算测量相同条件下轧件中心部位的温升。
2.按照权利要求1所述的一种通过Gleeble压缩测量轧制过程温升的方法，其特征在于：加工制备的Gleeble压缩试验样品，表面粗糙度优于0.8um。
3.按照权利要求1所述的一种通过Gleeble压缩测量轧制过程温升的方法，其特征在于：加工制备Gleeble压缩试验样品，可以为圆柱体试样或长方体试样。
4.按照权利要求1所述的一种通过Gleeble压缩测量轧制过程温升的方法，其特征在于：该方法适用高温条件下的热轧过程，也适用室温条件下的冷轧过程。
5.按照权利要求1所述的一种通过Gleeble压缩测量轧制过程温升的方法，其特征在于：该方法适用于各应变速率条件下的压缩过程。
一种通过Gleeble压缩测量轧制过程温升的方法
技术领域
背景技术
[0002] 在合金板坯或板材的轧制过程中，轧件会发生吸热，轧件所吸收的热量主要包括塑性变形热和轧制区摩擦热，这两个主要的吸热因素将引起轧件的温度升高，这种温升的影响是不可忽略的。首先由于这种机械功引起的温度升高会引起材料软化，另外变形热本身又受应变、应变率及温度的影响。在金属塑性变形过程中，随着位错的产生和运动以及晶格扭曲，只有小部分变形功以缺陷能的形式保存在材料内部，而大部分的塑性功不可逆转地转化为热而使材料温度升高。
[0003] Gleeble是一部热力学材料性能模拟试验机，它能模拟金属材料的热变形行为，简便地再现金属材料的热加工现象。Gleeble在模拟与测试过程中能够设置不同的应变速率和温度，控制不同速度的升降温和拉压扭变形，同时记录整个实验过程中的温度、力、应变、应力等参数的变化。合金变形行为的研究，通常采用压缩、拉伸和扭转等物理模拟方法。对于材料的成形，比如挤压、轧制和锻造等工艺，Gleeble压缩试验与实际变形过程中的应力状态和变形状态很相似，常常被用来模拟材料的变形过程。因此，对于轧件轧制过程的研究，可在Gleeble热力模拟试验机采用等温恒应变速率压缩实验。
[0004] 在Gleeble热力模拟试验机上模拟合金板坯或板材的轧制时，变形过程会产生热量，特别是在高应变速率下，变形时间短，蓄积在试样内部的温度来不及向外界扩散，产生温升，以致试样温度会急剧升高，实际温度并不等于原来的设定温度，整个压缩变形过程并不是实验过程要求的等温变形。由于轧制过程中温升会反过来影响变形如再结晶、位错运动、孪晶和回复等现象，所以为了精确控制轧件在轧制过程中的微观结构和轧制工艺，对轧制温升进行计算测量是十分有必要的。
[0005] 因此，寻找一种简单有效方法通过Gleeble压缩测量轧制过程温升很有必要。
发明内容
[0006] 本发明的目的在于提供一种通过Gleeble压缩测量轧制过程温升的方法。通过该方法可以在Gleeble热力模拟试验机上进行压缩试验来模拟合金板坯或板材的轧制变形过程，根据Gleeble压缩试验所设定的温度和记录的实时温度，计算得到各变形条件下试样外表面的温升，再根据实验所测定的温升、热扩散率、比热、导热系数、导热速率值以及轧件接触区尺寸，应用到轧制过程中计算测量相同条件下轧件中心部位的温升。
[0007] 本发明技术方案如下：
[0008] 一种通过Gleeble压缩测量轧制过程温升的方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0009] 1)加工制备Gleeble压缩试验样品，表面粗糙度优于0.8um；
[0010] 加工制备的Gleeble压缩试验样品，可以为圆柱体试样(适用于单向压缩实验)或长方体试样(适用于平面应变压缩实验)等。圆柱体单向压缩实验通常来测定材料的变形抗力，评估材料的裂纹敏感性和材料流变应力等；平面应变压缩实验，除确定应力-应变关系之外，由于其应力状态、变形状态及热传导等更接近于轧制，广泛地应用于轧制的模拟；
[0011] 2)根据材料类型及实验温度选择合适的热电偶，用热电偶焊机在试样表面中心部位焊牢热电偶，以精确测量试样变形过程温度变化；
[0012] 温度监控凭借直接焊接在试件上的热电偶进行，热电偶是在整个加热和变形过程中连续测温，比间接监测加热室温温度精度高且对试样温度改变的反应速度快。热电偶材料为铂和铑，所采用的热电偶直径为0.025mm，响应时间为0.02s。在Gleeble压缩模拟过程中变形试样温度变化的主要影响因素有：试样向周围环境的热散失；变形过程中的温升效应；试样自身电阻的加热。在较低应变速率下，试样的温度必须借助试样自身电阻的加热来维持在高应变速率下，由于变形时间较短，变形热来不及通过环境散失出去，因而变形过程近似于绝热过程；
[0014] 理论上，在试样两端用石墨片、石墨等进行润滑，可以减少试样端面摩擦和中部鼓肚，保证压缩物理模拟精度，只有试样均匀变形，压缩后试样中部无鼓肚，试验过程中试样温度均匀一致，所测得的实验结果才能反映试样塑性变形过程的真实情况。但实际轧制过程中，轧辊与轧件间由于摩擦的存在，会在轧制区产生摩擦热，影响变形过程的温升变化。
[0015] 4)在Gleeble3800热模拟实验机Quiksim界面上编制模拟程序，设置所需要的实验参数，进行压缩实验；
[0016] Gleeble压缩试验过程，主要包括升温、保温、压缩和冷却四个部分，其示意图如图1所示。在模拟与测试过程中能够设置不同的应变速率和温度，控制不同速度的升降温和拉压扭变形，同时记录整个实验过程中的温度、力、应变、应力等参数的变化。
[0017] 5)根据Gleeble压缩试验所设定的温度和记录的实时温度，计算得到各变形条件下试样外表面的温升；
[0018] 6)根据实验所测定的温升、热扩散率、比热、导热系数、导热速率值以及轧件接触区尺寸，应用到轧制过程中计算测量相同条件下轧件中心部位的温升。
[0019] 在合金板坯和板材的轧制过程中，轧件或试样表面与中心部位存在温度差，会发生能量转移过程即热传导。热传导是由物质内部分子、原子和自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递现象，金属固体的导热主要通过自由电子的迁移传递热量。在轧件中，在同一时间具有相同温度的点组成的面视为等温面，从轧件心部到表面不同等温面处温度会发生变化，则心部到表面相邻两等温面之间的温度差与两等温面之间的垂直距离之比的极限为温度梯度，规定其以温度增加的方向为正，与热量传递方向相反。温度梯度的定义式如(1)所示：
[0020]
[0021] 式中，Δt为相邻两等温面之间的温度差，Δn为两等温面之间的垂直距离，温度梯度 为向量，它的正方向指向温度增加的方向，与热量传递方向相反。
[0022] 导热的宏观规律可用傅里叶定律来描述，温度分布与傅里叶定律的关系示意图如图2所示。傅里叶定律可表述为单位时间内传导的热量与温度梯度及垂直于热流方向的截面积成正比，其表达式如公式(2)所示：
[0023]
[0024] 式中，Q为导热速率，单位为W；λ为导热系数，单位为W/(m·K)；S为等温面的面积，单位为m2； 为温度梯度，单位为K/m；负号表示热流方向总是和温度梯度的方向相反。
[0025] 对于合金板坯和板材的轧制过程，若只考虑轧件的表面温度与中心温度变化，并且假设材料各部分均匀，将轧件表面与心部之间的热传导视为一维稳态热传导，则对公式(2)进行积分可得公式(3)：
[0026]
[0027] 式中，Q为导热速率，单位为W；λ为导热系数，单位为W/(m·K)；b为轧件中心到表面的距离，单位为m；t1、t2分别为试样中心、表面的温度，单位为K；S为等温面的面积，单位为m2。
[0028] 导热系数λ在数值上等于单位导热面积、单位温度梯度、在单位时间内传导的热量，导热系数表征物质导热能力的大小，数值越大，表明该材料导热越快。物体的导热系数与材料的组成、结构、温度、湿度、压强及聚集状态等许多因素有关。导热系数值可由实验测定。当物质一定时，通常不考虑压力对其影响而考虑温度因素。工程计算时，遇到温度变化的情况，可取平均温度下的导热系数值进行计算。试验中所用的导热系数采用非稳态法测量，其计算公式如公式(4)所示：
[0029] λ＝D·Cp·ρ (4)
[0031] 热扩散率D的测试采用激光脉冲法，其计算公式如公式(5)所示：
[0032]
[0033] 式中D为热扩散率，单位为m2/s；W1/2＝1.38；L为试样厚度，单位为m；t1/2为试样背面(不受激光照射的一面)最大温升一半时所需要的时间，单位为s。
[0034] 比热Cp的测试采用待测样品和参考样品比较的方法测量，其计算公式如公式(6)所示：
[0035]
[0036] 式中，CP、CPR为试样和参考样品的比热，单位为J/(kg·K)；m、mR分别为试样和参考样品的质量，单位为kg；ΔT、ΔTR分别为试样和参考样品在脉冲能量作用下的温度变化。
[0038] 本发明的益处如下：
[0039] 目前，对合金板坯或板材的轧制过程中温升测量的研究较少，该方法所使用的Gleeble压缩试验过程较为常用，通过Gleeble压缩测量轧制过程温升的方法简单，是一种容易操作的方法。该方法能够适用单向压缩和平面应变压缩等实验，且适用温度范围较广，既适用高温条件下的热轧过程，也适用室温条件下的冷轧过程，适用各应变速率条件下的压缩过程。该方法根据Gleeble压缩试验所设定的温度和记录的实时温度，计算得到各变形条件下试样外表面的温升，再根据热传导公式计算测量轧件中心部位的温升，可以为合金的实际轧制等热变形技术提供技术支持，是一种通过Gleeble压缩测量轧制过程温升有效的研究方法。附图说明
[0040] 图1 Gleeble压缩试验过程示意图；
[0041] 图2温度梯度与傅里叶定律关系示意图；
[0042] 图3 Zirlo合金在应变速率0.01-10s-1条件下各设定温度与测量的表面温升关系图；
[0043] 图4 Zirlo合金在温度650℃、应变速率0.01-10s-1条件下实测的试样表面温度与应变曲线图；
[0044] 图5 Zirlo合金在温度650℃、应变速率0.01-10s-1条件下计算的试样表面温升与应变曲线图；
[0045] 图6 Zr-4合金在温度300℃、应变速率0.01-10s-1条件下实测的试样表面温度与应变曲线图；
[0046] 图7 Zr-4合金在温度300℃、应变速率0.01-10s-1条件下计算的试样表面温升与应变曲线图；
[0047] 图8 Zirlo合金在室温、应变速率0.01-1s-1条件下实测的试样表面温度与应变曲线图；
[0048] 图9 Zirlo合金在室温、应变速率0.01-1s-1条件下计算的试样表面温升与应变曲线图。
具体实施方式
[0050] 实施例1
[0051] 一种通过Gleeble压缩测量轧制过程温升的方法，应用于淬火态Zirlo锆合金板材的热轧模拟实验中，在Gleeble压缩试验后，根据Gleeble压缩试验所设定的温度和记录的实时温度，计算得到各变形条件下试样外表面的温升；根据实验所测定的温升及热扩散率、比热、导热系数及各温度下的导热速率等参数值，应用轧制过程计算测量轧件中心部位的温升。
[0052] Zirlo锆合金名义成分为Zr-1.0Nb-1.0Sn-0.1Fe，该合金是为了满足高燃耗、低成本的要求，由美国西屋公司开发的新型锆合金，兼顾了Zr-Sn系和Zr-Nb系锆合金的优点，在高燃耗的情况下，Zirlo合金相比Zr-4合金在抗腐蚀性能方面有所提高，并且在反应堆中的蠕变变形量降低，提高了尺寸稳定性。Zirlo合金于1987年作为实验材料应用到了压水堆中。
[0053] 本实施例具体包括以下步骤：
[0054] (1)加工制备Zirlo锆合金的Gleeble压缩试验样品，表面粗糙度优于0.8um；该实施例中的Gleeble热压缩为单向压缩实验，加工制备的Gleeble热压缩试验样品为圆柱体试样，尺寸为Φ10×15mm，取样方向沿淬火态的Zirlo锆合金板材的厚度方向；
[0055] (2)根据材料类型及实验温度选择合适的热电偶，用热电偶焊机在试样表面中心部位焊牢热电偶，以精确测量试样变形过程温度变化；
[0056] 本实施例中热电偶材料为铂铑，所采用的热电偶直径为0.025mm，响应时间为0.02s。温度监控凭借直接焊接在试件上的热电偶进行，热电偶是在整个加热和变形过程中连续测温；
[0057] (3)考虑实际轧制过程摩擦力的影响，在Gleeble热力模拟试验机上进行压缩试验时两端不用石墨片、石墨等进行润滑；
[0058] (4)在Gleeble3800热模拟实验机Quiksim界面上编制模拟程序，设置所需要的实验参数，进行压缩实验；
[0059] Gleeble热压缩试验过程，主要包括升温、保温、压缩和冷却四个部分，其示意图如图1所示。本实施例中实验温度设置为450-700℃(间隔为50℃)，热压缩开始前，以10K/s的速度升温至预设温度，并保温5min，应变速率为0.01-10s-1，冷却方式为空冷。
[0060] (5)根据Gleeble压缩试验所设定的温度和记录的实时温度，计算得到淬火态Zirlo合金在各变形条件下试样外表面的温升，如图3所示为Zirlo合金在应变速率0.01-10s-1条件下各设定温度与测量的表面温升关系图，可知低应变速率下温升较小，高应变速率下温升较大且随温度升高温升呈下降趋势。图4所示为Zirlo合金在温度650℃、应变速率
0.01-10s-1条件下实测的试样表面温度与应变曲线图，图5所示为Zirlo合金在温度650℃、应变速率0.01-10s-1条件下计算的试样表面温升与应变曲线图。通过实验根据公式(4)至(6)计算出淬火态Zirlo合金在650℃时导热系数λ为17.8W/(m·K)，根据试验测定对应温度下Zirlo合金的导热速率、实验所测定的试样温升t2以及轧件接触区尺寸，使用公式(3)，则可应用到轧制过程中计算测量相同条件下轧件中心部位的温升t1。
0.01-10s-1条件下实测的试样表面温度与应变曲线图，图5所示为Zirlo合金在温度650℃、应变速率0.01-10s-1条件下计算的试样表面温升与应变曲线图。通过实验根据公式(4)至(6)计算出淬火态Zirlo合金在650℃时导热系数λ为17.8W/(m·K)，根据试验测定对应温度下Zirlo合金的导热速率、实验所测定的试样温升t2以及轧件接触区尺寸，使用公式(3)，则可应用到轧制过程中计算测量相同条件下轧件中心部位的温升t1。
[0061] 实施例2
[0062] 一种通过Gleeble压缩测量轧制过程温升的方法，应用于淬火态Zr-4合金板材的热轧模拟实验，本实施例与实施例1内容基本相同，其不同之处在于：采用平面压缩试样，通过实施例1中(1)至(5)步骤描述的方法接着对热轧变形后的Zr-4合金板材的高温轧制模拟实验。
[0063] Zr-4合金的名义成分为Zr-1.5Sn-0.2Fe-0.1Cr，该合金具有非常低的热中子吸收截面，高硬度，延展性和优良的耐腐蚀性，Zr-4合金是目前我国大多数压水堆中燃料元件使用的包壳材料。
[0064] 加工制备Zr-4合金的Gleeble压缩试验样品，表面粗糙度优于0.8um；该实施例中的Gleeble压缩为平面压缩实验，加工制备的Gleeble压缩试验样品为长方体试样，尺寸为10×10×4mm，取样方向沿淬火态的Zr-4板材的厚度方向；然后用热电偶焊机在试样表面焊牢热电偶，本实施例中热电偶材料为铂铑，所采用的热电偶直径为0.025mm，响应时间为
0.02s，在试样两端不加润滑进行压缩试验，本实施例中实验温度设置为300-800℃(间隔为
100℃)，热压缩开始前，以10K/s的速度升温至预设温度，并保温3min，应变速率为0.01-
10s-1。
0.02s，在试样两端不加润滑进行压缩试验，本实施例中实验温度设置为300-800℃(间隔为
100℃)，热压缩开始前，以10K/s的速度升温至预设温度，并保温3min，应变速率为0.01-
10s-1。
[0065] 根据Gleeble压缩试验所设定的温度和记录的实时温度，计算得到淬火态Zr-4合金在各变形条件下试样外表面的温升，图6所示为Zr-4合金在温度300℃、应变速率0.01-10s-1条件下实测的试样表面温度与应变曲线图，图7所示为Zr-4合金在温度300℃、应变速率0.01-10s-1条件下计算的试样表面温升与应变曲线图。通过实验根据公式(4)至(6)计算出淬火态Zr-4合金在300℃时导热系数λ为15.1W/(m·K)，据试验测定对应温度下Zr-4合金的导热速率、实验所测定的试样温升t2以及轧件接触区尺寸，使用公式(3)，则可应用轧制过程计算测量相同条件下轧件中心部位的温升t1。
[0066] 实施例3
[0067] 一种通过Gleeble压缩测量轧制过程温升的方法，应用于热轧态Zirlo锆合金板材的冷轧模拟实验中，本实施例与实施例1和2内容基本相同，其不同之处在于：通过实施例1中(1)至(5)步骤描述的方法接着对热轧变形后的Zirlo锆合金进行室温轧制模拟实验。
[0068] 加工制备Zirlo锆合金的Gleeble室温压缩试验样品，表面粗糙度优于0.8um；该实施例中的Gleeble压缩为单向压缩实验，加工制备的Gleeble室温压缩试验样品为圆柱体试样，尺寸为Φ10×15mm，取样方向沿热轧态的Zirlo板材厚度方向；然后用热电偶焊机在试样表面焊牢热电偶，在试样两端在试样两端不加润滑进行压缩试验，本实施例中实验温度设置为室温，应变速率为0.01-1s-1。
[0069] 根据Gleeble压缩试验所设定的温度和记录的实时温度，计算得到热轧态Zirlo合金在室温不同应变速率条件下试样外表面的温升，图8所示为Zirlo合金在室温、应变速率0.01-1s-1条件下实测的试样表面温度与应变曲线图，图9所示为Zirlo合金在室温、应变速率0.01-1s-1条件下计算的试样表面温升与应变曲线图。通过实验根据公式(4)至(6)计算出热轧态Zirlo合金在室温时导热系数λ为13.9W/(m·K)，根据试验测定对应温度下Zirlo合金的导热速率、实验所测定的试样温升t2以及轧件接触区尺寸，使用公式(3)，则可应用轧制过程计算测量相同条件下轧件中心部位的温升t1。
[0070] 上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
| 标题 | 发布/更新时间 | 阅读量 |
|---|---|---|
| 屏下指纹识别装置及系统、背光模组和液晶显示屏 | 2020-05-08 | 342 |
| 连续式聚苯乙烯扩散板生产工艺及聚苯乙烯扩散板 | 2020-05-08 | 120 |
| 一种抗菌运动针织面料的制备方法 | 2020-05-08 | 127 |
| 一种高亮度长寿命背光液晶显示模组 | 2020-05-08 | 703 |
| 吸油烟机 | 2020-05-08 | 117 |
| 一种防水面板灯 | 2020-05-08 | 654 |
| 一种便携式智能语音台灯 | 2020-05-11 | 605 |
| 柔性贴合装置 | 2020-05-08 | 509 |
| 一种带有预混功能的燃气燃烧器 | 2020-05-08 | 383 |
| 消音机房和瓦楞纸板机房 | 2020-05-11 | 270 |
高效检索全球专利专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台，是提供专利分析，专利查询，专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。
我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据，免费查、免费专利分析。
分析报告
专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析，涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度，系统通过AI智能系统对图表进行解读，只需1分钟，一键生成行业专利分析报告。
扩散板热门专利
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈