[发明专利]一种用于钛合金丝材的冷顶锻试验装置的夹具

说明书

技术领域

本发明是一种用于钛合金丝材的冷顶锻试验装置的夹具，属于产品的结构技术领域。

背景技术

室温下的顶锻性能是紧固件用丝材最重要的力学性能，是评估其冶金质量的基本指标。而钛合金丝材具有比强度高、耐腐蚀等众多优点，已经成为航空、航天和其它部门紧固件结构的理想选材，目前对其研制以及工程应用的需求日益突出和紧迫。与金属材料常规的顶锻试验方法(GB/T233—2000)相比，钛合金丝材在研制过程中对冷顶锻试验方法提出了更高的要求：

(1)要求在10～1000mm/min的速度范围内，匀速进行顶锻试验。

(2)要求锻压比为0.25，即压缩后高度为原高度的1/4，而常规为1/2。

(3)要求顶锻效果好，方法简单、实用并安全。

(4)要求获得试样冷顶锻过程的真应力—真应变曲线。

显然，目前普遍采用的冲击式顶锻方法和试验装置已经远远不能满足上述要求。不仅顶锻速度远远高于给定的速度范围，而且顶锻速度不可控制；在锻压比增加后，经常出现扭歪锻斜和锻压高度不符合要求的现象，此外该方法也无法获得顶锻过程中丝材的性能变化曲线。而目前钛合金高温顶锻采用的试验装置也不能满足室温顶锻大吨位和大规模测试的需求，且测试成本高。

发明内容

本发明正是针对上述现有技术的状况而设计提供了一种用于钛合金丝材的冷顶锻试验装置的夹具，其目的是实现室温空气条件下给定速率和锻压比要求的钛合金丝材顶锻试验，保证试验过程的安全可靠。

本发明的目的是通过以下措施来实现的：

该种用于钛合金丝材的冷顶锻试验装置的夹具，包括上夹具和下夹具，材料力学性能试验机通过大口径螺纹与上、下夹具连接，其特征在于：在上夹具和下夹具的支撑面中心位置处加工有凹槽，凹槽的深度是5mm，用于放置、定位支撑板并防止其意外弹出，在凹槽内放置有上支撑板和下支撑板，上支撑板和下支撑板是厚度为10mm的圆柱体，其直径小于凹槽的直径。由于上、下支撑板表面光洁度和平行度好，保证试样在压缩后成标准的腰鼓形。下支撑板放置于夹具凹槽中，顶锻试样直接放置于下支撑板中央并通过预先施加初始压载荷与上支撑板和夹具自然连接；保护罩采用厚度为2mm、延性好且易于变形的铜板制成，罩在夹具外面防止试样意外弹出。

附图说明

图1是本发明的试验装置结构示意图

图2是试样冷镦前后效果示意图

图3是直径6mm丝材在不同顶锻速度下的真应力—真应变曲线

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述：

根据要求，对直径在8mm以内的4种规格钛合金丝材采用本发明技术方案进行了专项研究和试验，如附图1～3所示，该种用于钛合金丝材的冷顶锻试验装置的夹具，包括上夹具1和下夹具2，材料力学性能试验机通过大口径螺纹与上、下夹具连接，其特征在于：在上夹具1和下夹具2的支撑面中心位置处加工有凹槽6，凹槽6的深度是5mm，在凹槽6内放置有上支撑板3和下支撑板4，上支撑板3和下支撑板4是厚度为10mm的圆柱体，其直径小于凹槽6的直径。

其具体的工作步骤如下：

1)将试验机的上夹具1和下夹具2通过螺纹与材料力学性能试验机相连，下支撑板4直接放置在下夹具2的凹槽6中央，将丝材冷顶锻试样5放置在下支撑板中央。将上支撑板3放置在上夹具1的凹槽6内，用手顶住支撑板，控制试验机使得上夹具1缓缓下降(或下夹具2上升)直到试样顶住支撑板，并施加小于100N的初始压载荷，消除试验装置的间隙；

2)根据要求在试验机上设置压缩速度和压缩位移。若无规定，压缩速度为100mm/min，压缩位移为0.75倍试样高度加上适量的试验装置变形。该变形与丝材直径、锻压比、压缩速率等参数有关，根据以前的试验结果进行预估；

3)安装防护装置，以防止压缩过程中试样意外弹出；

4)进行冷镦试验，试验过程中压缩速度应保持恒定，并采集足够的载荷、位移数据，以便对试样的冷顶锻性能进行分析和评定。

5)卸载并取下试样进行观测，如附图3所示，包括试样高度，是否成标准的腰鼓形，是否有扭歪锻斜现象和出现裂纹及折叠现象。

6)由载荷-位移曲线进行处理得到真应力-真应变曲线，如附图3所示。通过该曲线对材料的冷顶锻性能进行进一步研究。

根据研究目的，如不同冷顶锻速率的影响、锻压比的影响，重复上述步骤。

本发明的有益效果是：试验装置非常简单实用，安装拆卸方便，测试过程高效和安全，易于在普通的材料试验机上精确实现给定速率和锻压比要求的钛合金丝材冷顶锻试验，不仅有利于试验分析，且试样的冷顶锻效果极好，测试成本低，支撑板可以更换，属于一种非常有效和实用的钛合金丝材冷顶锻试验装置。