[发明专利]一种测定铝合金端淬时沿试样轴向温度场的方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料热处理领域，具体涉及一种测定铝合金端淬时沿试样轴向温度场的方法。

背景技术

随着航空航天及国防军工等领域的快速发展，铝合金结构件的发展逐步向大型化、整体化转变，对大截面铝合金厚板的需求不断增加，对板材性能的要求也越来越高。铝合金厚板在固溶淬火过程中，由于板材厚度较大容易产生未淬透现象，导致板材表面和芯部的性能不一致，从而制约了铝合金厚板的生产和使用。在固溶淬火过程中，通过厚板芯部实际冷却速度与TTP(Time Temperature Properties)曲线估算的临界冷却速度之间的关系，可以较为准确的预测厚板是否淬透，淬火时试样芯部冷却速度的连续变化会导致心部组织的连续变化，从而建立冷却速度与连续冷却组织的对应关系，精确测定淬火时铝合金试样淬火端面上的温度变化，对准确计算端面换热系数具有决定性作用，端面换热系数是评价淬火介质冷却能力的主要参数，也是淬火过程计算机模拟的重要边界条件。从上面的应用可以看出精确测定铝合金端淬时沿试样轴向的温度场是十分重要的，温度场是温度随着时间和空间变化的函数，即T=f（x，y，z，t）。

目前，关于铝合金试样中心轴线处温度场的测定，国内外的方法较为一致，具体是：首先，加工一个圆柱状或棱柱状的铝合金端淬试样；然后，在需要安装热电偶的位置，由试样表面向心部轴线处沿径向打孔，将热电偶安装在深孔中；最后，进行端淬实验，记录数据测得温度场。上述方法十分简单、方便，但是有几点不足：(1) 热电偶测温端在深孔内位置不易固定，实验过程中测温点容易发生变化，导致采集的温度数据不准确；(2) 安装热电偶的孔直接与外界相通，且没有采取保护措施，实验过程中环境因素会大大影响测温的准确性；(3) 受热电偶安装方法的限制，无法测量距淬火端面极近处（热电偶与淬火端面距离小于1mm）的温度场。

发明内容

本发明针对现有技术的不足和缺陷，提供了一种测定铝合金端淬时沿试样轴向温度场的方法，目的通过改变试样的制作方法和热电偶的安装方法，克服现有技术中存在的影响测量数据稳定性和准确性的缺陷。

为了实现上述目的，本发明的技术方案按照以下步骤进行：

(1) 制备试样：将待测铝合金坯料制备成顶部带有圆柱形台阶的圆柱形端淬试样，将端淬试样沿柱体切割成“L”形底座和“1”形侧盖两部分；“L”形底座的底面即为端淬试样的淬火端面，沿“L”形底座纵向切割面的高度方向加工一凹槽，凹槽底面的中心线与端淬试样的中心轴线重合，以通过端淬试样的中心轴线且垂直于凹槽底面的平面为对称平面，在“L”形底座和“1”形侧盖上加工两组螺钉孔，每组螺钉孔由分别位于“L”形底座和“1”形侧盖的上下两个螺钉孔构成，两个螺钉孔大小一致、中心对正；

(2) 安装热电偶：在凹槽底面上沿端淬试样的中心轴线上，在需要安装热电偶的位置加工出3-4mm深的孔，将热电偶一端正负极连接后植入孔中，并用和坯料相同材料的铝合金细丝将热电偶和孔之间的空隙铆严，使热电偶线整齐的排列在凹槽内，剩余部分从凹槽的开口引出端淬试样外，热电偶的另一端连接数据记录仪信号输入通道，用和坯料相同材料的螺钉旋入螺钉孔将“L”形底座和“1”形侧盖连接在一起，旋入螺钉后保证试样的淬火端面平齐，试样安装完毕后用管箍在外侧加固，将试样结合处的缝隙用耐火棉或耐火泥封严，“L”形底座和“1”形侧盖连接为一体；

 (3) 端淬测试：对端淬试样在马弗炉中进行固溶处理，固溶处理结束后5秒内将端淬试样从马弗炉中转移到淬火架上进行端淬，打开数据记录仪采集温度随时间变化的数据，保持淬火介质流量恒定，淬火介质垂直喷射到端淬试样淬火端面的中心，直至端淬试样的温度降到室温；

(4) 处理数据：端淬结束后，根据数据记录仪测得的实验数据，绘制出温度―时间关系曲线，得到铝合金端淬时沿试样轴向的温度场。

所述的“L”形底座的纵向切割面距端淬试样中心轴线的距离是试样柱体直径的1/20~1/5，横向切割面距淬火端面的距离是柱体高度的1/50~1/10。

所述的“L”形底座的转角处加工成过渡圆角。

所述的凹槽一端距淬火端面的距离是柱体高度的1/300~1/50。

所述的 “L”形底座上螺钉孔位于淬火端面一端加工出台阶。

与现有技术相比，本发明的特点和有益效果是：

本发明方法将“L”形底座的转角处加工成过渡圆角的作用是，防止淬火过程中产生应力集中，避免试样开裂；