一种超高温激光共聚焦显微镜压缩试样及其制作方法

技术领域

本发明属于样品加工制造技术领域，具体涉及一种超高温激光共聚焦显微镜压缩试样及其制作方法。

背景技术

目前，在利用超高温激光共聚焦显微镜进行模拟黑色材料及有色金属材料高温变形及相变过程中组织观察及有关变形参数研究过程中，需要进行不同温度下的拉伸或压缩实验，对新材料的成分、组织、工艺以及性能对应关系进行研究，指导新材料的设计及生产具有重要意义。然而，拉伸和压缩过程中所使用的模拟试验样品在尺寸、形状以及加工精度上都有严格要求，区别于常规的一些实验样品。

专利号为201920556550.X的一种用于高温激光共聚焦显微镜的原位压缩试样，主要是针对300M高强钢在进行高温压缩试验过程中因观察微观组织试样失稳，且所需的变形力超过仪器所能提供的2000N的极限，仍不能解决弯曲的问题而设计的新型原位压缩试样。本发明与上述发明相比，解决的主要是达到高温观察所需样品的高精度制作加工和表面处理技术问题，上述发明专利为具体详细说明如何加工制作出合格的观察样品。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超高温激光共聚焦显微镜压缩试样及其制作方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种超高温激光共聚焦显微镜压缩试样，包括试样两端和试样中部，所述试样两端为夹持端，夹持端为带有外螺纹的圆柱状结构；试样中部为有效形变结构，形变结构的水平中心线与夹持端的水平中心线重合，且形变结构为上下两面平行的平面。

一种超高温激光共聚焦显微镜压缩试样的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)通过全自动金属带锯进行粗加工切割，将锯切完成的粗加工板状试样经过电火花数控线切割机床加工，切割成圆柱试样；

2)利用线切割机床配合专用夹具将圆柱试样按照有效形变结构的尺寸，依次沿着直径一定尺寸厚度方向、长度方向和宽度方向进行电火花数控线切割后，加工成上“凹”型后，再以凹型底部为基准线，在对称面依次沿着径向一定尺寸厚度方向、长度方向和宽度方向进行电火花数控线切割成哑铃状；

3)将有效形变结构上下面与夹持端衔接部位加工成过渡圆弧，将夹持端加工成细牙螺纹柱；

4)完成试样的粗加工制备后，将粗加工完成的试样放入专用夹具，通过手持便携式金相磨抛机进行有效形变结构的砂轮盘粗磨、砂纸粗细磨以及抛光处理，使所加工的压缩试样表面镜面光洁度达到13级以上；

5)将加工完成的试样进行进一步试验前的装配使用，进行高温试验。

具体的是，所述高温试验为将试样装配在超高温激光共聚焦显微镜两端的加载头上，试样先以200℃/min升温至1050℃，保温300s，然后压头以0.2mm/min的速度将试样变形压缩2mm，保温600s，通过激光共聚焦显微镜观察并记录金属的微观再结晶演化过程，在压应力作用下，S420NL低合金钢高温下在奥氏体晶界处发生动态再结晶，生成了细小的奥氏体晶粒。

本发明具有以下有益效果：利用该试验设备的原位观察技术优势，实现了高温下金属变形下奥氏体晶粒长大、动态再结晶过程以及相变规律的相互影响研究，直观揭示成分、工艺、组织和性能之间的关系，指导新材料的开发、关键工艺改进以及冶金原理的机理机制研究，发挥出先进设备在开发高端品种的优势，提高研发效率，提升了专业化研究水平，较好的发挥了对生产、科研和用户应用技术研究的指导作用，为关键技术研究和重点产品研发提供了重要支撑。

附图说明

图1为本发明的试样的尺寸及形状示意图。

图2为1050℃高温下压缩实验微观组织结果图。

图中：1-夹持端；2-形变结构。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。

如图1-2，一种超高温激光共聚焦显微镜压缩试样的制造方法，主要涉及超高温激光共聚焦显微镜压缩试验中“哑铃”形状试样，试样由夹持端和有效形变结构组成。其中试样两端为夹持端，夹持端为圆柱状，并带有外螺纹；试样中部为有效形变结构，形变结构的水平中心线与两端夹持端的水平中心线重合，且形变结构为上下两面平行的平面，试样有效观察形变部分长宽高尺寸为24×4×2mm，试样两端固定夹持端细牙螺纹柱尺寸为M6×0.7mm，螺纹外径为6mm，螺纹间距为0.7mm，螺纹长度为14mm。该“哑铃型”试样通过试验用来料材质，先通过全自动金属带锯进行一定尺寸的粗加工切割，然后将锯切完成的粗加工板状试样经过电火花数控线切割机床加工切割成一定直径的圆柱试样，再利用线切割机床配合专用夹具将圆柱试样按照有效观察形变部分尺寸依次沿着直径一定尺寸厚度方向、长度方向和宽度方向进行电火花数控线切割后，加工成上“凹”型后，再以凹型底部为基准线，在对称面依次沿着径向一定尺寸厚度方向、长度方向和宽度方向进行电火花数控线切割成哑铃状，再将有效试验变形部位上下面与两端固定夹持衔接部位加工成一定的过渡圆弧，最后将两端固定夹持段加工成细牙螺纹柱。以上部分完成了压缩试样的粗加工制备后，将粗加工完成的试样放入哑铃状试样变形部位高光洁度处理的夹具中进一步加工，再利用手持便携式金相磨抛机进行试验有效变形水平段砂轮盘粗磨、砂纸粗细磨以及抛光处理，使所加工的压缩试样表面镜面光洁度达到13级(Ra 0.025)以上。

如图2，将原位压缩试样装配在超高温激光共聚焦显微镜(所能提供的压缩力为5000N)两端的加载头上，在超高温激光共聚焦显微镜上设置压缩程序，具体工艺过程：试样先以200℃/min升温至200℃，保温300s，然后压头以0.2mm/min的速度将试样变形压缩2mm，保温600s，通过激光共聚焦显微镜观察并记录金属的微观再结晶演化过程，在压应力作用下，S420NL低合金钢高温下在奥氏体晶界处发生动态再结晶，生成了细小的奥氏体晶粒。

本发明不局限于上述实施方式，任何人应得知在本发明的启示下作出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。

本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。