一種熱力模擬試驗機用壓頭的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種熱力模擬試驗機用壓頭的制造方法，將坯料加工成兩端細中間粗的橄欖狀，將材料斷面收縮率較大且最大應力值較低的溫度確定為坯料加熱或變形溫度，在橄欖狀坯料最粗的中間位置焊接熱電偶后，將其置于具有加熱和熱壓變形功能的兩個砧頭之間，并在坯料與砧頭之間加上墊片，在兩砧頭間加電壓將坯料加熱到變形溫度后，對坯料進行2-7道次的壓縮變形，且每道次變形量均大于上一次的變形量，將墊片與坯料壓合成為一體。本發(fā)明可降低坯料壓縮時的變形抗力，減少坯料缺陷，提高壓頭強度，延長壓頭使用壽命，避免坯料與砧頭之間的粘連，簡化加工工藝，縮短生產(chǎn)周期，降低制造成本。
【專利說明】一種熱力模擬試驗機用壓頭的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于檢試驗設備領域，特別涉及一種熱力模擬試驗機用高強度壓頭的制造方法。
【背景技術】
[0002]熱力模擬試驗機是將模擬試樣當成電阻直接通電加熱，與模擬試樣接觸的熱力模擬試驗機的壓頭可以視為兩個加熱電極，模擬試樣作為加熱電阻。由于模擬試樣與作為加熱電極的壓頭直接接觸，在試樣被加熱的同時壓頭也被加熱到一定的溫度。因此，要求壓頭具有良好的導電性，高溫強度、硬度以及抗氧化等性能。目前，熱力模擬試驗機的壓頭材質(zhì)多采用以鎢為基底的合金系材料，如采用以碳化鎢為主的材料制成的壓頭。
[0003]碳化鎢材料制成的壓頭雖然具有較高的強度和硬度，但其塑性差，導致其可加工性能差，因此用該材料制造壓頭，往往采用模鑄的方法，制造成本高，且制造工藝也較復雜。申請?zhí)?3111681.3公開了一種“電熱鐓粗砧塊的制造方法”，采用粉末冶金的方法用于電熱鐓粗工藝的關鍵配件一砧塊。該方法雖然可以制造出具備上述性能的砧塊，但對材料的合金成分及含量有較嚴格的控制，原料狀態(tài)均為粉末狀，其制造工藝較復雜，生產(chǎn)周期也較長。無論是采用上述的模鑄法或粉末冶金方法制造的壓頭或砧塊，都存在生產(chǎn)成本高，生產(chǎn)工藝復雜的缺點。此外，通 過現(xiàn)有技術制造的壓頭或砧塊為單一的合金結(jié)構(gòu)整體，在高溫狀態(tài)或高溫變形條件下易于與模擬試樣發(fā)生粘連，大大縮短了其使用壽命，同時也延誤了生產(chǎn)周期。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明目的在于針對已有的壓頭制造方法存在的問題，提供一種可簡化加工工藝，縮短生產(chǎn)周期，防止坯料與砧頭之間的粘連，提高壓頭使用壽命的熱力模擬試驗機用高強度壓頭的制造方法。
[0005]為此，本發(fā)明所采取的解決方案是:
[0006]一種熱力模擬試驗機用壓頭的制造方法，其特征在于，具體方法和步驟為:
[0007]1、將制造壓頭用坯料加工成兩端細中間粗的橄欖狀，且其橫截面均為圓形，降低坯料壓縮時的變形抗力，并使坯料在電加熱過程中產(chǎn)生一定的溫度梯度。具體溫度分布可由如下公式描述:
[0008]Q=I2Rt-Qs=Cm Δ T (I)
[0009]其中:QS為熱量損失，I為通過坯料的電流強度，R為電阻，t為加熱時間，C為比
熱，Λ T為坯料由室溫升高的溫度值。
[0010]若坯料的電阻率為P i，長度為1，橫截面積為S，密度為P2，則由公式(I)可得:
[0011]AT = 1 ~^7-(2)
Cp2S- CpJs
[0012]式(2)中等式右側(cè)的第一部分是使坯料溫度升高的部分，且比第二部分的數(shù)值要大很多，是主導因素；因此，坯料的溫升與其截面積的平方有著相反的變化關系，即，面積小溫升快，面積大溫升反而慢。
[0013]2、確定坯料的變形溫度:根據(jù)坯料材料在不同溫度下拉伸斷裂后的斷面收縮率以及在拉伸過程中的最大應力值測試結(jié)果，確定坯料的變形溫度，將材料斷面收縮率較大且最大應力值較低的溫度確定為坯料加熱溫度，使坯料既易于加工，又不會產(chǎn)生裂紋。
[0014]3、在橄欖狀坯料最粗的中間位置焊接熱電偶，通過熱電偶對坯料進行控溫與測溫。
[0015]4、將焊接熱電偶的坯料置于具有加熱和熱壓變形功能的兩個砧頭之間，并在坯料與砧頭之間加上墊片，防止坯料與砧頭之間的粘連。
[0016]5、在兩砧頭間加電壓，對步驟(4)中的坯料進行加熱，加熱到步驟(2)中確定的變形溫度后，對坯料進行2-7道次的壓縮變形，且每道次變形量均大于上一次的變形量；坯料在每道次壓縮后，坯料中間部分橫斷面面積不斷縮小，變形時的翻平效應使坯料兩端的橫斷面面積逐次增大，坯料軸向的溫度梯度降低，整個坯料的溫度趨于熱電偶處的溫度，坯料具有較好的塑性和較低的強度，最終在適宜的溫度和壓力下，將墊片與坯料壓合成為一體，制得熱力模擬試驗機用壓頭。
[0017]所述坯料材質(zhì)為FeCrNi系高溫高強鋼。
[0018]所述坯料加熱溫度為1000°C。
[0019]本發(fā)明的有益效果為:
[0020]由于本發(fā)明將坯料形狀設計成兩端細中間粗的橄欖狀，使其在加熱過程中在軸向上產(chǎn)生溫度梯度，降低了坯料壓縮時的變形抗力，使坯料產(chǎn)生較大的壓縮比，可極大減少坯料缺陷，使坯料的內(nèi)部組織更加致密，提高了所制造壓頭的強度，延長壓頭的使用壽命。采用在坯料與砧頭之間加墊片方式，可避免坯料與砧頭之間的粘連。根據(jù)坯料材料在不同溫度下拉伸斷裂后的斷面收縮率以及在拉伸過程中的最大應力值，確定坯料的變形溫度，使坯料在塑性好且強度低的條件下變形，既可減小裂紋產(chǎn)生的傾向，又能降低加工強度，從而簡化加工工藝，縮短生產(chǎn)周期，降低制造成本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]圖1是實施例坯料形狀與尺寸圖；
[0022]圖2是實施例坯料軸向溫度分布圖。
【具體實施方式】
[0023]實施例:
[0024]1、坯料選用材質(zhì)為FeCrNi系高溫高強鋼。將制造壓頭用坯料加工成兩端細中間粗的橄欖狀，且其橫截面均為圓形，細的一端半徑為4mm，中間有一段長度3mm的較粗部分，其半徑為5mm，整個長度為20mm，具體形狀和尺寸如圖1所示。該形狀設計使坯料在以后的電加熱過程中產(chǎn)生一定的溫度梯度，具體溫度分布公式為:
[0025]Q=I2Rt-Qs=Cm Δ T (I)
[0026]其中:QS為熱量損失，I為通過坯料的電流強度，R為電阻，t為加熱時間，C為比
熱，Λ T為坯料由室溫升高的溫度值；[0027]若坯料的電阻率為P i，長度為1，橫截面積為S，密度為P2，則由公式(I)可得:
【權利要求】
1.一種熱力模擬試驗機用壓頭的制造方法，其特征在于，具體方法和步驟為: (1)、將制造壓頭用坯料加工成兩端細中間粗的橄欖狀，且其橫截面均為圓形，降低坯料壓縮時的變形抗力，并使坯料在電加熱過程中產(chǎn)生一定的溫度梯度，具體溫度分布可由如下公式描述:
Q=I2Rt-Qs=Cm Δ T 其中:Qs為熱量損失，I為通過坯料的電流強度，R為電阻，t為加熱時間，C為比熱，Λ T為坯料由室溫升高的溫度值； 若坯料的電阻率為P工，長度為1，橫截面積為s，密度為P2，則由步驟(1)溫度分布可得:
2.根據(jù)權利要求1所述的熱力模擬試驗機用壓頭的制造方法，其特征在于，所述坯料材質(zhì)為FeCrNi系高溫高強鋼。
3.根據(jù)權利要求1所述的熱力模擬試驗機用壓頭的制造方法，其特征在于，所述坯料加熱溫度為1000°c。
【文檔編號】B21J1/02GK103752746SQ201310718378
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2013年12月20日 優(yōu)先權日:2013年12月20日
【發(fā)明者】趙寶純, 李桂艷, 劉鳳蓮, 隋曉紅, 趙坦, 黃磊, 李廣龍, 王曉峰 申請人:鞍鋼股份有限公司