一种金属试样制造技术

本实用新型专利技术提供一种金属试样，包括试样基体，试样基体上方的两端分别设置有凸起部，两个凸起部与试样基体的上表面共同构成一个凹槽，两个凸起部之间通过一个连接杆连接，所述连接杆下表面与试样基体上表面之间具有间隙；所述连接杆包括两端的粗段和中间的细段，两端的粗段与两个凸起部连接，中间的细段通过两个宽度渐变的过渡段分别与两端的粗段连接；粗段的上下表面、细段的上下表面、试样基体的上下表面彼此相互平行设置；所述金属试样是一体成型的，其形状是沿竖直轴对称的；该金属试样能够将残余应力集中到特定位置并放大残余应力值，从而使残余应力的检测更为简单和准确。

A metal sample

【技术实现步骤摘要】
一种金属试样
本技术涉及试验样品领域，具体涉及一种可以将残余应力集中到指定位置并放大的金属试样。
技术介绍
金属构件是生产生活中各种机械设备必不可少的组成部分，在金属构件制备完成后，为了提升其性能，往往需要对其进行热处理，热处理过程伴随复杂的相变和温度梯度，这种相变和温度梯度会形成热处理应力保留在金属构件中，最终形成残余应力，残余应力对构件的后续加工和最终质量以及使用过程中的可靠性均会产生非常显著负面的影响。由于金属构件形状往往比较复杂，残余应力的分布是不均匀的，残余应力的最大值出现的位置是不可控的，且在热处理完成后残余应力值较小，很容易受到检测过程中误差因素的影响。因此如何准确定位并检测最大残余应力，从而通过比较残余应力的大小确定最优的热处理工艺是一个亟待解决的难题。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种金属试样，该金属试样能够集中并放大残余应力，使残余应力的最大值出现在指定位置，从而可以通过对指定位置残余应力的检测，比较不同热处理工艺所产生的最大残余应力，进而优化热处理过程。本技术提供的一种金属试样，包括试样基体，试样基体上方的两端分别设置有凸起部，两个凸起部与试样基体的上表面共同构成一个凹槽，两个凸起部之间通过一个连接杆连接，所述连接杆下表面与试样基体上表面之间具有间隙；所述连接杆包括两端的粗段和中间的细段，两端的粗段与两个凸起部连接，中间的细段通过两个宽度渐变的过渡段分别与两端的粗段连接；粗段的上下表面、细段的上下表面、试样基体的上下表面彼此相互平行设置；所述金属试样是一体成型的，其形状是沿竖直轴对称的。通过上述结构设计，能够保证最大残余应力被集中并且被限制出现在连接杆细段的中点位置，实现残余应力的最大化以及残余应力最大值位置的固定化，通过公知的残余应力检测方法，即能够对残余应力值进行检测，进而，结合不同热处理制度下的残余应力检测结果的比较，即可确定产生残余应力最小的热处理工艺。作为一个改进的方案，粗段的上表面、细段的上表面在同一平面内。作为一个改进的方案，粗段的上表面位于细段的上表面上方的平面内，并且粗段的下表面位于细段的下表面下方的平面内。作为一个改进的方案，所述连接杆的形状是沿水平轴对称的，经过试验验证，该种结构设计能够最大限度的集中残余应力。作为一个改进的方案，所述粗段和细段的截面均为长方形；这样的结构设计是为了保证试样的一致性从而使实验结果更为准确，并为加工提供便利。在生产过程中，选择粗段和细段的截面为长方形，可以进行批量生产，即先铸造一个厚度较大的金属试样，然后采用机械加工将其逐片切分，最终获得满足上述技术方案的金属试样，这样获得的试样，彼此之间的生产加工条件是一致的，不会因为生产加工条件不同而影响最终的实验结果，同时也提高了生产效率。当然，单独生产一个满足该改进方案的金属试样也是被允许且可接受的。作为一个具体的尺寸设计方案，所述金属试样基体的尺寸为：长100-150mm×宽15-25mm×厚5-15mm，凸起部的尺寸为：长15-30mm×宽15-20mm×厚5-15mm，粗段的尺寸为：长15-25mm×宽10-15mm×厚5-15mm，细段的尺寸为：长20-30mm×宽4-10mm×厚5-15mm，细段的厚度优选为6-10mm，宽度优选为5-8mm。细段作为应力集中的区域，适合的尺寸有利于最终结果的测量，宽度和厚度过小有断裂风险，宽度或厚度过大，应力集中的程度降低并且也不利于试样尺寸的小型化，实验证明，厚度6-10mm，宽度优选为5-8mm具有最佳的应力集中效果，合适的细段长度对于最终结果测量的便利性和试样尺寸的小型化是重要的，细段的长度为20-30mm。作为一个改进的方案，所述间隙最窄处的宽度为2-8mm，优选为4-6mm；间隙尺寸的选择，一方面要考虑残余应力集中放大的情况，另一方面，要以小型化为要求，考虑试样整体尺寸布局。作为一个改进的方案，所述金属试样的材质为如下材质之一：铝、铝合金、铜、铜合金、镁、镁合金、钛、钛合金、铸铁、钢。作为一个改进的方案，金属试样整体是等厚度的；这样的结构设计是为了保证试样的一致性从而使实验结果更为准确，并为加工提供便利。在生产过程中，选择整体等厚度的金属试样，可以进行批量生产，即先铸造一个厚度较大的金属试样，然后采用机械加工将其逐片切分，最终获得满足上述技术方案的金属试样，这样获得的试样，彼此之间的生产加工条件是一致的，不会因为生产加工条件不同而影响最终的实验结果，同时也提高了生产效率。当然，单独生产一个满足该改进方案的金属试样也是被允许且可接受的。需要说明的是，本技术对金属试样结构尺寸的描述，均是基于试样基体的下表面放置在水平表面时所做出的，本技术中所说的“长”、“宽”、“厚”分别是指：当试样基体的下表面放置在水平表面时，水平方向即为“长”，竖直方向即为“宽”，同时与水平方向、竖直方向垂直的方向即为“厚”；截面的长方形既包括临边不相等的普通长方形，也包括临边相等的特殊长方形，即正方形。本技术提供的金属试样，通过特殊的结构设计，将金属试样在热处理过程中产生的残余应力集中到细段的中部位置，即确保了最大集中应力出现的位置可控，又提高了残余应力的大小，使残余应力的检测和量化工作更为简单和准确。残余应力的集中与放大，可以减弱检测过程中误差的影响，保证单一样品测量的准确性，由于残余应力被放大且误差的影响被弱化，相同尺寸的试样在经历不同热处理工序之后，其残余应力之间的差距也会随之增大并更明显，从而便于在热处理优化过程中残余应力值的比较，确保结果的准确性。附图说明为了更清楚地说明本技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为模拟例1、3构建的金属试样结构图；图2为模拟例2构建的金属试样结构图；图3为模拟例1的等效应力云图；图4为模拟例2的等效应力云图；图5为模拟例3的等效应力云图。具体实施方式在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。模拟例为了确定残余应力集中和放大程度较优的试样尺寸结构，首先构建2个不同尺寸的结构试样进行模拟仿真，确定最大应力集中的位置。模拟条件：使用ANSYS软件进行模拟仿真。材料参数设定：选择ANSYS默认非线性铝合金材料，密度2770kg/m3，热膨胀系数2.3×10-本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金属试样，其特征在于，所述金属试样包括试样基体，试样基体上方的两端分别设置有凸起部，两个凸起部与试样基体的上表面共同构成一个凹槽，两个凸起部之间通过一个连接杆连接，所述连接杆下表面与试样基体上表面之间具有间隙；/n所述连接杆包括两端的粗段和中间的细段，两端的粗段与两个凸起部连接，中间的细段通过两个宽度渐变的过渡段分别与两端的粗段连接；/n粗段的上下表面、细段的上下表面、试样基体的上下表面彼此相互平行设置；/n所述金属试样是一体成型的，其形状是沿竖直轴对称的。/n

【技术特征摘要】
1.一种金属试样，其特征在于，所述金属试样包括试样基体，试样基体上方的两端分别设置有凸起部，两个凸起部与试样基体的上表面共同构成一个凹槽，两个凸起部之间通过一个连接杆连接，所述连接杆下表面与试样基体上表面之间具有间隙；
所述连接杆包括两端的粗段和中间的细段，两端的粗段与两个凸起部连接，中间的细段通过两个宽度渐变的过渡段分别与两端的粗段连接；
粗段的上下表面、细段的上下表面、试样基体的上下表面彼此相互平行设置；
所述金属试样是一体成型的，其形状是沿竖直轴对称的。


2.根据权利要求1所述的金属试样，其特征在于，粗段的上表面、细段的上表面在同一平面内。


3.根据权利要求1所述的金属试样，其特征在于，粗段的上表面位于细段的上表面上方的平面内，并且粗段的下表面位于细段的下表面下方的平面内。


4.根据权利要求1所述的金属试样，其特征在于，所述连接杆的形状是沿水平轴对称的。

【专利技术属性】
技术研发人员：李峰光，曾大新，史秋月，何建刚，郭睿，范海民，王金刚，
申请(专利权)人：湖北汽车工业学院，
类型：新型
国别省市：湖北;42