双空间材料冷热模拟实验装置

摘要

本发明公开了双空间材料冷热模拟实验装置，在实验装置本体上设置有夹持机构、升降加力机构、加热保温装置、固定台和升降框，夹持机构由夹持机构上体和夹持机构下体组成，夹持机构上体设置在升降框上，随同升降框上下移动，夹持机构下体设置在固定台上；升降框的下端与升降加力机构连接，在升降加力机构带动下上下移动，升降框穿过固定台，升降框被固定台分隔成上工作空间和下工作空间；在实验装置本体上设置若干个与信号处理系统连接的力和位移传感器。本发明的实验装置，具有结构简单、操作方便、成本较低等优点，可广泛应用于科研院校、高等院校和工矿企业进行金属尤其轻合金材料热、冷成形力学性能的研究。

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属材料冷热模拟实验装置，适用于金属及合金在常温，特别是高温和极冷状态下的拉伸和压缩力学性能实验的双空间材料冷热模拟实验装置。

背景技术

材料在极端工作条件下(如高温和极冷状态)的力学性能由于受到特殊环境因素的影响并不能够轻易测定，而确保有关材料在极端工作条件下的力学性能仍然能够满足构件力学需要，就必然需要在高温和极冷状态下进行模拟实验，以准确掌握材料在极端工作条件下的力学性能。目前该领域应用较为广泛的设备为Gleeble系列热模拟装置，Gleeble系列热模拟装置可以进行高温拉伸、高温压缩、焊接热影响区模拟等方面的测试，且测量结果的准确性很高。然而，目前该进口设备价格昂贵，国内拥有该设备的单位不多，因此委托实验所需的实验费用不菲，且委托进行实验的单位较多，需等待的时间很长；尤其该领域相关研究所需的试样个数很多，这就大大增加了研究费用和时间；另外，该种设备结构较复杂、操作相对麻烦，一旦产生故障后的维修是一个大问题。

发明内容

本发明针对现有技术中的双金属材料冷热模拟实验装置结构较复杂、操作较麻烦、价格昂贵、实验费用较高已经不能满足相关研究的需要的不足，提供一种结构简单、操作方便、成本较低的双空间材料冷热模拟实验装置。

本发明的双空间材料冷热模拟实验装置，包括实验装置本体，其特征在于：在所述实验装置本体上设置有夹持机构、升降加力机构、加热保温装置、固定台和升降框，夹持机构由夹持机构上体和夹持机构下体组成，夹持机构上体设置在升降框上，随同升降框上下移动，夹持机构下体设置在固定台上；升降框的下端与升降加力机构连接，在升降加力机构带动下上下移动，升降框穿过固定台，升降框被固定台分隔成上工作空间和下工作空间；在实验装置本体上设置若干个与信号处理系统连接的力和位移传感器。

进一步的特征是：升降框的下端设置推板，推板与升降加力机构连接；推板与固定台之间形成下工作空间。

在实验装置本体上设置液氮冷却装置，液氮冷却装置对设置在夹持机构上的或设置在下工作空间内的试件进行冷却降温。

本发明的双空间材料冷热模拟实验装置，具有结构简单、操作方便、成本较低等优点，可广泛应用于科研院校、高等院校和工矿企业进行金属尤其轻合金材料热、冷成形力学性能的研究。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1是双空间材料冷热模拟实验装置结构图。

如图1中，  1-试件、2-夹持机构、3-升降加力机构、4-加热保温装置、5-推板、6-力和位移传感器、7-上工作空间、8-下工作空间、9-温度控制器、10-信号处理系统，11-实验装置本体，12-固定台，13-升降框，21-夹持机构上体，22-夹持机构下体。

具体实施方式

本发明的双空间材料冷热模拟实验装置，包括实验装置本体11，实验装置本体11上设置有夹持机构2、升降加力机构3、加热保温装置4、固定台12和升降框13，夹持机构2由夹持机构上体21和夹持机构下体22组成，试件1的上下端分别连接在夹持机构上体21和夹持机构下体22之间，夹持机构上体21设置在升降框13上，随同升降框13上下移动，夹持机构下体22设置在固定台12上而不上下移动。升降框13的下端与升降加力机构3连接，在升降加力机构3带动下上下移动，升降框13穿过固定台12，升降框13被固定台12分隔成上工作空间7和下工作空间8，在上工作空间7进行拉伸实验或在下工作空间8进行压缩实验。夹持机构2、加热保温装置4设置在升降框13内，升降加力机构3通常设置在下工作空间8内(也可设置在下工作空间8上面或外面)，加热保温装置4设置在夹持机构2旁边或下工作空间8内，在温度控制器9的控制作用下对设置在夹持机构2上的或设置在下工作空间8的试件1进行加热，达到工艺要求的温度并保温，对设置在上工作空间7和下工作空间8的试件1在一定温度下进行拉伸实验或压缩实验。为了将移动速度、拉伸力量大小等信号传递到信号处理系统10内，将设置在升降框13上或夹持机构2上或其他合适部位的若干个力和位移传感器6与信号处理系统10连接，将力和位移信号输送到信号处理系统10内。

为了方便操作，在升降框13的下端设置推板5，推板5与升降加力机构3连接；推板5与固定台12之间形成下工作空间8，试件1在一定温度下在下工作空间8进行压缩实验。

为了使本发明的模拟实验装置能够产生低温，能够对材料在极冷变形条件进行模拟实验，在实验装置本体11上设置液氮冷却装置，液氮冷却装置设置在夹持机构2旁边或下工作空间8内，液氮冷却装置对设置在夹持机构2上的或设置在下工作空间8内的试件1进行冷却降温，达到要求的温度后进行模拟实验。

本发明的双空间材料冷热模拟实验装置，其热拉伸工作原理为：

(1)夹紧试样，利用电阻丝加热炉对待测试样进行加热(最高温度950℃)，当温度达到要求时进行保温；

(2)通过升降压力机构对升降框施加压力，从而带动升降框向上运动，带动夹持机构上体向上运动，对夹持在夹持机构上、下体的试样进行拉伸；

(3)利用传感器对施加于试样的载荷以及拉头的位移进行测量，同时在显示屏上输出载荷与位移的关系图；

(4)将热拉伸过程中的载荷和位移输入相关软件，根据试样的实际长度经换算，输出材料的真应力-真应变曲线图。

热压缩实验的工作原理与热拉伸实验相似，同样是利用压力机构推动推板向上运动，只是压缩实验在装置的下空间内进行。对材料在极冷变形条件进行模拟实验，主要将热模拟实验装置中的加热炉换成液氮装置，以实现低温的变形环境。其拉伸、压缩实验步骤与热模拟过程相同。

测量温度范围：0～950℃；

最大载荷：20000N；

采用载荷传感器测量误差：±3％；

采用位移传感器测量误差：±3％.

本发明的实验装置的工作过程：将试件1夹持到夹持机构2上，把加热保温装置4开启，将试件1设置在上工作空间7或下工作空间8内，拉伸试验时试件1夹紧在夹持机构2的夹持机构上体21和夹持机构下体22之间，加热保温装置4对试件1加热后保温，温度控制器9控制试件1的温度到设定值，启动升降加力机构3，在上工作空间7进行拉伸实验或在下工作空间8进行压缩实验，通过力和位移传感器6获得力和位移的信号，再经过信号处理系统10分析并显示实验结果，将力和位移显示器6采集的载荷(力)和位移信号通过信号处理系统10分析并显示、打印。

本发明的双空间材料冷热模拟实验装置可广泛应用于科研院校、高等院校和工矿企业进行金属尤其轻合金材料热、冷成形力学性能的研究。