[发明专利]一种高通量材料制备及性能表征系统

说明书

本申请公开的高通量材料制备及性能表征系统，与现有技术相比，包括：加热炉；加热炉底部设有供工件通过的工件通口；升降传动机构，用于携带工件在加热炉内移动并将工件推出工件通口；用于测试加热炉内工件温度的测温机构；冷介质供给装置，用于冷却从工件通口推出的工件；与测温机构连接的数据采集仪；与数据采集仪、冷介质供给装置相连的控制器。本申请提供的高通量材料制备及性能表征系统，相较于现有技术而言，其能够同时克服加温后工件转移速度不稳定、工件温度不可控的弊端，提高试验的准确性。

技术领域

本申请涉及材料热处理技术领域，更具体地说，尤其涉及一种高通量材料制备及性能表征系统。

背景技术

金属材料热处理作为调控材料微观组织的重要手段，是材料生产工艺过程中至关重要的一步。例如，热处理对镍基高温合金析出强化相γ'的尺寸、体积分数、形貌和空间分布起决定性作用。因此，发展热处理制度对结构和性能的影响的快速方法来确定最佳的热处理工艺参数，对优化材料的微观组织、获取理想的力学性能具有重要的意义。

端淬梯度热处理技术起源于1938年的jominy末端淬火方法[1]，该方法利用高温试样末端淬火时冷却速度随试棒位置变化而变化的特点，在一个试样内部形成梯度冷速，对应的组织和性能也发生相应的变化。末端淬火法最初用于H钢淬透性研究，并形成了ASTM标准[2]。

而后，Ben Ammar[3]等通过对锆合金进行端淬试验，利用热电偶测试样淬火过程中的温度变化，并通过数值模拟分析，成功记录了端淬试验所实现的冷却速率范围，获取了冷却速率分布范围。Newkirk、Ghrib[4-5]等分别对不同合金进行端淬试验，也都取到了预期的效果，把端淬试验推广至其它合金体系，证实了端淬实验方法可作为一种普适热处理方法研究材料冷速-组织-性能相关性。WANG[6]等开发了端淬模拟的有限元分析程序，研究了S50C钢端淬过程中试样的温度场分布，为整个端淬试样的温度场模拟奠定了基础。

对于许多工程化的合金，已经建立了丰富的热处理工艺参数-组织-性能数据库。但是，开发一种新型合金的热处理工艺通常需要花费高昂的成本。其中，冷却速率作为热处理中最主要的工艺参数之一，直接影响析出强化相的尺寸分布、体积分数和形貌特征，进而影响材料的力学性能。长期以来，探索冷速对材料组织和性能的影响通常依赖有限类型的冷却介质(如水、油、气等)，难以建立庞大的冷速-组织-性能相关性数据库。

针对此，前期已开发了基于感应加热的连续冷却梯度装置，感应加热可以快速将试样加热到目标温度区间，但是整个试样的温度场分布不均匀，导致试样在端淬热处理后的微观组织不均匀，影响后续实验结果的精确性和可重复性。此外，前期研究采用电阻加热炉将试棒加热到目标温度，克服了试样温度场不均匀的弊端，但试样从电阻炉转移到端淬设备上的转移时间不可控，影响实验精度。

[1]JOMINY W E,BOEGEHOLD A L.A hardenability of steel[J].Trans ofASM,1938,26(1):574.

[2]ASTM A255-10,Standard Test Methods for Determining HardenabilityofSteel,ASTM International,West Conshohocken,PA,2010.

[3]BEN AMMAR Y,AOUFI A,DARRIEULAT M.Influence ofthe cooling rate onthe texture and the microstructure of Zircaloy-4studied by means of aJominyend-quench test[J].Materials Science and Engineering A,2012,556:184-193.