[发明专利]一种半固态液芯锻造热模拟装置及方法

权利要求书

1.一种半固态液芯锻造热模拟装置，其特征在于，所述装置包括锻造上模、锻造室、隔热单元、圆环形阶梯式试样台、加热及温控系统、冷却及控制系统、压力位移数据采集处理系统；

所述圆环形阶梯式试样台，用于分层放置试样，每层试样均匀放置在圆环形阶梯试样台上，各层试样之间通过所述隔热单元隔开；所述隔热单元将所述圆环形阶梯式试样台分割为若干个独立空间；所述圆环形阶梯式试样台设置于所述锻造室内；

所述锻造上模，用于对所述试样进行加压锻造；

所述加热及温控系统，用于控制各层试样的加热温度及时间；

所述冷却及控制系统，用于控制锻造后各层试样的冷却速率；

所述压力位移数据采集处理系统，用于测量、记录及处理各层试样的压力及位移数据；

所述圆环形阶梯式试样台呈n层圆环状，内层高度高于外层，呈阶梯式分布；由内到外每层样品台上分别设置4个，8个，12个，24个，…，直径12mm，深度1mm的试样凹坑，用于放置样品；所述圆环形阶梯式试样台相邻层阶梯的高度差为2mm，n大于2。

2.如权利要求1所述的半固态液芯锻造热模拟装置，其特征在于，所述锻造上模设置有多个锻造短柱，所述锻造短柱通过压力传感器与锻造上模连接，用于为对应的试样提供锻造压力并通过压力传感器测定每个试样的压力；所述锻造上模还设置有位移传感器，用于测量所述锻造上模的整体位移量。

3.如权利要求1所述的半固态液芯锻造热模拟装置，其特征在于，所述锻造上模固定在液压机上砧板上，所述锻造室固定在液压机的工作台上；所述锻造上模上设置4个行程导杆，所述锻造上模在4个所述行程导杆的引导下对试样进行加压锻造。

4.如权利要求1所述的半固态液芯锻造热模拟装置，其特征在于，所述加热及温控系统采用圆环电阻丝加热不同层的试样。

5.如权利要求1所述的半固态液芯锻造热模拟装置，其特征在于，所述隔热单元采用陶瓷纤维隔热板。

6.如权利要求1所述的半固态液芯锻造热模拟装置，其特征在于，所述圆环形阶梯式试样台包括4层试样，最内层试样的目标加热温度为钢锭液相温度，第二层试样的目标加热温度为钢锭半固态温度，第三层试样的目标加热温度为钢锭的始锻温度，最外层试样的目标加热温度为钢锭外侧温度。

7.如权利要求1所述的半固态液芯锻造热模拟装置，其特征在于，所述冷却及控制系统集合了气流冷却系统和控制系统，控制系统通过对各层试样通入不同的气流量，控制不同层试样的冷却速率。

8.一种半固态液芯锻造热模拟方法，其特征在于，使用如权利要求1-7任一项所述的半固态液芯锻造热模拟装置进行，所述方法包括如下步骤：

S1、将多个同一成分，同一直径为a，高度分别为b，b+2，b+4，b+6…，的圆柱试样，由内到外排列放置在锻造室的圆环形阶梯式试样台试样凹槽中，通过隔热单元将每层试样分开，每层试样的加热、冷却互不影响；其中a小于12mm，b为最内层圆柱试样高度；

S2、设置每层试样的目标锻造温度、升温速率，加热各层试样到目标温度，各层试样保温时间相同；

S3、对液压机的上砧板和试样进行定位，设置上砧板的压下行程和行程速率，开启压力位移数据采集处理系统；

S4、保温结束后，开启锻造程序，按照预先设定的压下行程和行程速率进行锻造实验；

S5、锻造实验结束后，开启冷却及控制器系统，模拟钢锭冷却过程，使每层试样按照不同的冷却速率冷却到室温，取出试样，锻造实验结束；

S6、通过压力位移数据采集处理系统得到每个试样的应力应变曲线；

S7、对各层试样进行金相显微镜检测，模拟半固态液芯锻造过程中由内到外的不同位置的组织、性能。

9.如权利要求8所述的半固态液芯锻造热模拟方法，其特征在于，所述方法还包括：

S8、根据步骤S6得到的试样应力应变曲线，及步骤S7得到的半固态液芯锻造过程中由内到外的不同位置的组织、性能，筛选最优试样及锻造工艺参数。