GLEEBLE实验1-高温强度.
Gleeble热模拟试验机设备组成介绍--上交大
水冷机组：提供内循环冷却水 真空机组：抽取真空 液压泵：提供稳定液压 空压机：提供压缩空气 2.6 其他可更换组件 为满足不同的试验，DSI 专配了很多不同用途的组件。如： 2.6.1 淬火供给单元
2.6.2 各种淬火、退火组件
标准淬火 2.7 低力、零强组件
ISO‐Q 淬火
低力组件 2.8 流变应力、平面应变组件
零强
流变应力
平面应变
3、主要夹具及其使用、自由跨度概念和应用 在介绍夹具（Grip）、自由跨度（Free Span）之前，先大概了解一下 Gleeble 的加热方式：电 阻式加热
如图：采用圆棒形试样，两端开螺纹并装螺母便于受力拉伸，然后用两对梯形夹具 Grip 夹 紧固定。两边的 Grip 分别为两个电极，通过 Grip 和试样的接触面，通电使试样升温加热。 试样的中心点焊一组热电偶，用于测量试样中心温度。 为了方便冷速的研究我们定义：试样处于两端 Grip 之间的距离即为有效的自由跨度（Free Span）。 在实际试验中，为了保护设备在高温时不被烧损，夹具两端需引入冷却循环水。所以试样中 心热电偶位置温度极高，而两端的夹具处温度略低，在整个 Free Span 区域形成一个山坡形 的温度梯度，如下图：
为了保证试样在加热过程中不被氧化，必须对试验的腔体抽高真空，或采用氦、氩等惰性保 护气体 1.1.6 压缩空气系统 压缩空气 Gleeble 试验环境中共有三个作用：气动阀、淬火气压源、空气锤 1.1.7 电源系统 对外部输入电压进行变压。提供各系统所需的不同电压 1.2 数据采集系统 1.2.1 压力传感模块 测压模块用来测量试样的受力情况，变量“FORCE”。测压元件在右侧 Jaw 的固定位置。试 样受力时由于机械原因存在一定的摩擦力，微小的摩擦力在一般试验中可以完全忽略。在某 些膨胀、低力等试验中摩擦力有影响，有很多方法减少摩擦力。必要时卸下导向杆以减小摩 擦力非常有效。本系统力传感器的精度为全量程的１％。 1.2.2 位移传感器和模型 位移传感器安装在液压油缸的背后，变量名称 STROKE。有 120mm 的测量范围，主要测量机 械主轴的运动。当使用 Stroke 测量试样长度变化时，测量还包括机器最大形变。负载越高， 机器的形变变化越大。因此不推荐使用位移传感器测量微小的应变。 1.2.3 Jaw 传感器和模型 Jaw 传感器用来测量两个 Jaw 之间的间距变化，变量名称 L‐Gauge，测量范围± 12.5mm。 特殊的安装位置消除了机械主轴的等误差因素，较 Stroke 数据更真实有效。但传感器测量 的数据也包含 Jaw 的机械变形，以及不同温度区间的变形。因此，不建议用 Jaw 传感器测量 试样的弹性模数等。 1.2.4 热影响区 L 应变传感器和模型 热影响区 L 应变传感器测量试样热影响区内的长度变化，因为测量数据中完全消除了机械变 形或不同温度区间的干扰。其很适合弹性特性的测量，比如不同温度下的弹性系数和屈服应 力。测量范围± 2.5mm。Gleeble 系统有两类热影响区传感器。一种是 LVDT（线性差分）传 感器，其适合拉伸断裂的变形量测量，测量长度可以调整为 10 或 25mm，总的位移距离是 25mm。还有一种是应变类型传感器，根据不同的初始长度和拉伸变化量有三种可选模式。 应变类型传感器更适合弹性特性的测量。交大只配备了第一种传感器。 1.2.5 C－Gauge 传感器和模型 C‐Gauge 传感器用来测量试样的径向变化，或宽度的变化，量程±５mm。变量名称 C‐Gauge， 常用此项计算张力。测量中直径的变化需在传感器测量范围之内。 需要注意的是，C‐Gauge 测量的数据用于反馈控制时（如张力控制），如果直径的变化超出 C‐Gauge 传感器的测量范围时，系统会失控。因此，C‐Gauge 的零点位置必须合理地判断， 来确保试样直径变化的极限值在测量范围之内。 C‐Gauge 的弹力是可调整的。如果弹力太大，C‐Gauge 可能会在高温时挤入试样表面。相反， 弹力过小可能导致测试中传感器可试样上脱落。试样在高温环境下时间较长，传感器部分必 须要被屏蔽或制冷以保护传感器不受加热试样的热辐射的影响。 使用 C‐Gauge 数据作为反馈控制信号，编程时必须注意。一种方式是调用 STROKE LIMIT 参 数，用来限制最大位移压力，用来防止 Jaw 损坏 C‐Gauge 传感器。还有一种方式是调用 UNICOMPRESSION 参数，此时位移只能在压缩方向运行。张力测试时，可以调用 UNITENSION 参数使 Stroke 只在拉伸方向运动。需要注意的是，在关闭 UNICOMPRESSION 和 UNITENSION 时，Stroke 的必须清零，否则机械轴会快速运动以保证系统 Stroke 值归零。 1.2.5 CCT 膨胀计和模型 当用膨胀的方法研究相位变化时，CCT 膨胀计的数据更精确。其测量值±２.５mm，灵敏度
Q345D钢高温力学性能及凝固特性
摘要低碳低合金钢Q345D具有强度高、韧性高、抗冲击、耐腐蚀等优良特性，因而倍受广泛地应用于各个方面。
，连铸技术因为具有可以大幅提高金属收得率、改善铸坯质量和节约能源等显著优势，因而在生产钢材的各种方法中得到了最为广泛的应用。
本文通过对Q345D钢的高温力学性能热模拟实验及其高温凝固相转变规律的研究，进一步了解该钢种的高温特性，以期为铸坯质量的提高提供理论依据。
对于Q345D高温力学性能的研究主要是通过热模拟试验机模拟金属热变形的整个过程，得到其热变形过程中热强度、热塑性、显微组织以及相变行为并对其进行分析整理总结。
本文通过使用Gleeble-1500D热模拟试验机，对Q345D钢进行高温拉伸实验，获得该钢在800℃~1200℃温度下的屈服强度、抗拉强度及延伸率、断面收缩率等数据。
对以上数据进行分析，可以得出：在800℃~850℃温度区间，随着温度的升高，屈服强度、抗拉强度分别从800℃的39.10MPa、83.61MPa提高到850℃的40.01MPa、93.10MPa；在900℃~1300℃温度区间内，随着温度的升高，其屈服强度和抗拉强度分别从900℃的33.53MPa、91.16MPa降低到1300℃的8.45MPa、19.85MPa。
对于该钢的热塑性，800℃~900℃温度区间内随温度升高，其延伸率、断面收缩率分别从800℃的9.11%、77.7%提高到900℃的23.58%、79.3%升高；在1000℃~1200℃温度区间内，延伸率、断面收缩率变化比较平缓；1200℃以后随温度升高，延伸率、断面收缩率急剧降低，在1300℃时其数值分别为11.75%、48.5%，表明其热塑性下降。
Q345D的高温凝固相转变规律是通过自行研制的可控高温凝固相变实验装置进行的，对于加热到熔化状态下的钢样通过控制冷速冷却到不同温度，然后淬火保留高温组织的方式研究其组织的转变行为。
对所得试样金相组织观测得出：在液态下直接淬火时，冷却速度越快，所得到的晶粒越为细小；在冷速为20℃/min的冷却速度下，Q345D钢的液、固相线温度点分别为1515℃和1460℃，在该区间内，残留高温铁素体的含量随着结束控制冷速冷却温度的降低而升高；在2℃/s的冷却速度下，在1515℃和1460℃温度点仍然有高温铁素体相的存在，但是与同温度下以20℃/min的冷却速度得到的试样相比，高温铁素体相的含量有明显不同。
Gleeble热模拟实验
• Gleeble高温拉伸试验是研 究材料热塑性最常用的方 法。
• 通过Gleeble高温拉伸试验， 可得知材料的高温力学性 能，如不同成分钢种的塑 性温度区间，不同温度下 材料的抗拉强度、屈服强 度，以及其零强度与零塑 性温度，热塑性与温度、 热历程、冷却速率、应变 速率等的关系。
热塑性拉伸试验时，高温力学性能的评定指标主要是断面 收缩率和强度极限。
– 断面收缩率：以试样拉伸前后的断面收缩率Ra作为衡量其高温热
塑性的指标，Ra的计算方法见下式。
Ra=
D02 D12 D02
100%
式中 Ra—断面收缩率，%； D0—试样原始直径，mm； D1—试样拉断后直径，mm。
反馈信号 极性相反 计算机信号
实际温度=程序温度，合成为零
程序温度＞反馈温度→提供变化了的触发脉冲宽度→加宽可 控硅导通角→增加输出电流→加热
冷却
冷却系统：试样与夹具的接触传导、喷水（喷气）急冷装置 。
冷却速率影响因素：试件的材质 、试件的尺寸、夹头材料、
试样的自由跨度。
Gleeble试样夹持装置示意图
机械系统由高速伺服阀控制的液压驱动系统、力传递机械 装置以及力学参数的测量与控制系统所组成。
位移检测计 负载传感器 应变检测计
反馈信号 程序信号
差值放大
控制回路
例：若选择位移检测计的输出为反馈信号，那么试样的位移将随计 算机程序的给定值而变化，也就是说，由于采用了闭环控制系统， 反馈信号将与给定信号不断追随比较直到相等为止。
高温拉伸试验热历程图
• 铃木等人系统地研究了铝 镇静低碳钢的高温塑性变 化曲线，发现了三个低塑
性区，如左图所示。
Ⅰ区（Tm～1200℃）：在高于1300℃时，由于晶界开始初熔导 致塑性陡降，此温度区间塑性的降落与应变速度关系不大；
Gleeble简介
Gleeble介绍什么是物理模拟？材料加工的物理模拟包括在实验室中热和机械条件的精确复制，使原材料符合最终用途的实际需要。
一个简单例子是应用在物理模拟。
材料遵从一定的热和力的特性，故可以控制整个加工过程，使材料达到最终要求。
如果可以模拟环境，其结果将非常有效。
精确地模拟之后，结果将会从实验室毫无偏差地转移到产品生产。
第一章、为什么物理模拟？在动力系统我们经常被质疑？为什么物理模拟？这不是物理测试的另外一种表达么？不，他们不一样。
当然所有的物理模拟包括物理测试，但是他们最大的不同点是物理模拟试图在实验室中重现现实环境的条件，使得所得到的结果可以解决实际问题。
比如，可以很容易地加热金属试样到均匀温度，然后挤压，测量在一定温度时的变形。
这是物理测试，如果条件理想，会生成一个重复性的结果。
如果实验者需要从进程中得到金属的微观结构，或者想模拟进程而获得对改进进程更好的理解，那么对进程的物理模拟就显得至关重要。
比如，如果实验者的目标是为新的金属品种制定一套轧制工艺，则需要大量的信息。
观察过钢铁轧制的人都会注意到钢铁边缘比中心颜色略深，而边角处的颜色更深。
这是因为钢板边缘处比中心冷却速度快。
结果造成钢板温度不均匀；从钢板热到冷的部分之间形成一个热梯度。
在每次加热和冷却过程中金属制品都存在热梯度。
研究证明：热梯度影响延展性和金属的实用性。
细心的实验者会会模拟所有这些热梯度而在实验室获得极有价值的数据，形成一套成功的轧制工艺。
必须进行一系列频繁的物理模拟，一个模拟钢板的角，另一个模拟边缘，还有边缘靠近中心一点……。
然后将这些数据连接起来形成一个精确的具有指导意义的模型，应用于操作参数的设置，然后指导生产。
以下是物理热模拟的一些例子：通过热模拟优化连铸过程一旦涉及连铸机的精确调整以达到最优，钢铁企业总是采取非常保守的方法，尽量每次作一些微小的调整，这很可以理解，顾及到代价高额的连铸成本，无人敢对连铸机的停产或者一大堆废品负责。
高温压缩gleeble实验试样误差
高温压缩gleeble实验试样误差钛合金及钛铝金属间化合物是航空航天领域的重要材料，高温塑性变形是其部件成形的主要途径之一。
为优化成形工艺，实现高精度的制造，近年来越来越多地采用有限元等工艺模拟，获得不同因素对成形过程的影响细节，以避免缺陷的产生并提升产品质量，同时提升加工效率，还可显著降低材料研发和制造过程中的资源和时间消耗。
准确测定材料的力学本构关系对材料的制造工艺设计、优化甚至使役行为的预测至关重要。
目前的本构关系测量常采用Gleeble热模拟实验机进行，其获得精确本构关系的前提是能够准确测定被测材料的温度。
本研究采用有限元方法模拟了柱状钛合金样品的Gleeble热压缩实验过程，重点关注不同的热电偶设计参数，包括热电偶材料、热电偶丝直径等，对Gleeble样品温度测量准确性的影响规律。
研究表明，热电偶的引入，由于其散热，会使样品和热电偶接触点的局域温度场发生畸变，导致温度测量结果与实际样品温度存在偏差，且某些条件下偏差较大，将严重影响钛合金等热导率较低材料性能的检测结果。
通过多种因素改变的模拟、分析以及与相关热处理实验金相组织结果的对比表明，热电偶材质及线径、样品的热传导系数、样品的实验温度等，都将影响测量偏差。
其中样品的热传导系数对测量精度的影响最大。
由于这些原因导致的偏差都是系统误差，应想办法消除，特别是对于像钛合金这些热导率较低的材料，在Gleeble高温测试过程中的温度测量误差较大，必须修正。
本文在有限元模拟及实验对比的基础上提出了相应的修正方法和修正公式。
关键词：热压缩，Gleeble，有限元模拟，温度测量，误差修正抽象：钛合金和钛基金属间化合物是航空航天领域的重要材料。
高温塑性变形是其部件制造的主要方法之一。
为了优化成形工艺，近年来采用了越来越多的有限元工艺模拟，获取不同因素对成形工艺影响的细节，从而避免缺陷的发生，证明产品质量，提高加工效率，减少材料开发制造过程中的资源和时间消耗。
10Gleeble热模拟实验
（2）例：Sn对齿轮钢热塑性的影响
Sn作为钢中的残余有害元素 ，会降低钢的热塑性造成 连铸坯的表面裂纹，在轧钢时还会造成轧材的表面裂纹。
以下以“Sn对齿轮钢热塑性的影响”为例介绍钢的热 塑性研究方法。 ①试验材料与实验方法
将钢样加工成Φ 10×120mm圆棒，在Gleeble热模拟机上
进行高温拉伸实验。
9 钢的高温力学性能及相变测试
●钢的高温力学性能 （ 1 ）连铸过程铸坯产生的裂纹是常见的一种质量缺陷，
它产生原因很复杂，其中钢的高温力学性能有重要的影响，
充分了解铸坯冷却过程中钢的力学性能的变化，对制定合
理的连铸冷却工艺，避免连铸坯裂纹缺陷具有重要作用 。
（2）钢中化学成分和有害元素（例如 S、Cu、Sn）对钢 的高温力学性能有显著的影响。 怎样能够测出钢的高温力学性能？
Gleeble试样夹持装置示意图
均温区
均温区：即为物理模拟试件的 工作区，其宽窄对模拟试验结 果有重要影响。 试样的轴向冷却产生了一个横 向的等温面，通过选择试样尺 寸、自由跨度和不同材质的卡 具，可以调节轴向温度梯度， 并可在试样的跨度的中部获得
Gleeble试样沿轴向温度分布示意图
反馈信号
差值放大 控制回路
（2.3 ）计算机控制系统 计算机控制系统是Gleeble热/力学模拟试验机的心脏，它
提供了用于闭环控制的热和力学系统所需的所有变量信号。 通过控制柜的各种模块（插件）实现D/A及A/D转换，对热、力
系统进行实时闭环控制； 数据采集系统，可实现数据采集及分析处理 ；
0.098 0.119 0.136
⑤结论 • 温度在950～800℃之间，随Sn含量增加，齿轮钢的热塑性
显著降低；
Mg-Al-Mn-Gd合金的高温压缩行为及其组织稳定性
Mg-Al-Mn-Gd合金的高温压缩行为及其组织稳定性汽车轻量化的提出为镁合金在汽车工业中的应用开辟了新的道路,镁合金是目前在工程应用中最轻的金属结构材料之一。
传统镁合金的成形方法为铸造成形,与之相比,塑性成形镁合金的晶粒尺寸细小、内部组织致密、成分均匀,因而具有更高的强度和更大的延伸率,具有更为广阔的应用空间。
由于镁合金的晶体结构多数为密排六方结构,基体中滑移系数量少,使得其在室温下塑性变形能力不理想,所以镁合金的塑性成形一般在高温下进行。
此外,在镁合金中添加稀土元素同样可以改善镁合金的塑性成形能力。
因而,研究稀土镁合金在高温下的塑性成形过程具有重要意义。
本文在AM50镁合金基础上添加稀土Gd元素形成Mg-Al-Mn-Gd系合金,在变形温度为200℃-400℃,应变速率为O.1s-1～5s-1条件下,采用Gleeble-1500D热/力模拟试验机对实验合金进行热压缩实验,以研究其流变行为；另外,在热处理温度为200℃、250℃、300℃,热处理时间为4h、8h、12h条件下对实验合金进行均匀化热处理,以研究其组织稳定性；并且采用X射线衍射分析仪(XRD)、激光显微镜、电化学分析仪等测试手段分析实验所得数据。
首先,分析Mg-Al-Mn-Gd系合金的高温塑性变形特点,即分析流变应力曲线和建立本构方程；其次,分析Mg-Al-Mn-Gd系合金热压缩变形条件对显微组织的影响以及实验合金的热压缩塑性变形机制；最后,分析稀土Gd元素对Mg-Al-Mn 系镁合金显微组织的影响,以及均匀化热处理温度和时间对Mg-Al-Mn-Gd系合金的显微组织和腐蚀性能的影响。
本论文主要结论如下：1、Mg-Al-Mn-Gd系合金的高温压缩真应力-真应变曲线呈现出明显的动态再结晶特征,在该过程中变形条件(应变速率、变形温度)对流变应力的影响具有规律性,即：当应变速率越大、变形温度越低时,其流变应力越大,对应的峰值应变也就越大,峰值出现较晚；相反,当应变速率越小、变形温度越高时,其流变应力越小,对应的峰值应变也就越小,峰值提前出现；经计算Mg-4Al-0.29Mn-0.97Gd稀土镁合金在本实验条件下的应力指数n=9.69271、热变形激活能Q=112.24KJ/mol,并且通过回归分析,建立了热压缩本构方程,其中Z参数与应变速率和变形温度有关。
高温流变应力实验报告
一、实验目的本次实验旨在研究材料在高温条件下的流变应力行为，通过控制实验条件，探究变形温度、应变速率等因素对材料流变应力的影响，建立相应的流变应力模型，为材料加工工艺提供理论依据。
二、实验材料与设备1. 实验材料：某型号不锈钢（牌号：XX），尺寸为φ10mm×50mm的圆柱形试样。
2. 实验设备：Gleeble-1500热力模拟试验机、万能试验机、金相显微镜、扫描电子显微镜（SEM）等。
三、实验方法1. 将不锈钢试样加工成φ10mm×50mm的圆柱形，表面抛光处理。
2. 利用Gleeble-1500热力模拟试验机进行高温等温压缩实验，控制实验温度为800℃、900℃、1000℃三个水平，应变速率为0.1s^-1、1s^-1、10s^-1三个水平。
3. 在每个实验条件下，对试样进行压缩变形，记录变形过程中的载荷、位移等数据。
4. 对变形后的试样进行金相观察和SEM分析，研究其微观组织变化。
四、实验结果与分析1. 实验结果根据实验数据，绘制真应力-真应变曲线，如图1所示。
图1 不锈钢真应力-真应变曲线2. 结果分析（1）变形温度对流变应力的影响从图1可以看出，随着变形温度的升高，不锈钢的流变应力逐渐降低。
这是由于随着温度的升高，材料的塑性变形能力增强，滑移系更容易发生，从而降低了材料的流变应力。
（2）应变速率对流变应力的影响从图1可以看出，在相同的变形温度下，随着应变速率的增加，不锈钢的流变应力逐渐升高。
这是由于应变速率的增加使得材料的塑性变形时间缩短，变形过程中的动态回复和动态再结晶过程减弱，从而增加了材料的流变应力。
（3）微观组织变化通过金相观察和SEM分析，发现随着变形温度的升高，不锈钢的晶粒尺寸逐渐增大，晶界滑移现象明显。
这是由于高温下，材料的晶粒生长速度加快，晶界滑移更加容易发生。
五、结论1. 随着变形温度的升高，不锈钢的流变应力逐渐降低；随着应变速率的增加，不锈钢的流变应力逐渐升高。
65Mn钢连铸坯高温热塑性研究
65Mn钢连铸坯高温热塑性研究
刘少伟;赵兴通;杨灵通;韩延申
【期刊名称】《金属制品》
【年(卷),期】2024(50)1
【摘要】采用Gleeble1500热模拟机对65Mn钢连铸坯在600~1 350℃高温力学性能进行测试,采用扫描电镜观察高温拉伸后的断口形貌和断口金相组织,分析断口断裂机理和不同温度下钢的应力-应变曲线、高温强度及热塑性。
结果表
明,65Mn第Ⅰ脆性区温度范围为T_(m)~1 294℃,第Ⅲ脆性区温度低于896℃,第Ⅰ脆性区断裂是由于晶界间有害杂质元素P、S、O等的富集,而第Ⅲ脆性区主要是由于奥氏体向铁素体转变区的两相区脆化导致。
通过对钢的高温力学性能研究,为65Mn钢连铸坯表面及内部质量控制提供依据。
【总页数】5页(P30-34)
【作者】刘少伟;赵兴通;杨灵通;韩延申
【作者单位】安阳钢铁集团有限责任公司;北京科技大学
【正文语种】中文
【中图分类】TG141
【相关文献】
1.SCM420H钢连铸坯高温热塑性研究
2.HG70钢连铸坯的高温热塑性行为分析
3.C36船板钢铸坯角部横裂和高温热塑性分析及改进工艺
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铌含量及铸锭加热温度对HRB400螺纹钢组织性能的影响
特殊钢SPECIAL STEEL 第42卷第1期・66・2021年2月Vol. 42. No. 1February 2021锭含量及铸锭加热温度对HRB400螺纹钢组织性能的影响周云杨晓伟陈焕德张宇(江苏省(沙钢)钢铁研究院,张家港215625)摘要利用Gleeble 热模拟仪、高温激光共聚焦显微镜、透射电子显微镜研究了饥含量(0.011% -0.055%)及加热温度(1 100 ~ 1 250 ■€ )对HRB400钢20 mm 板组织和性能的影响。
结果表明，1 180 °C 加热1 h 时20 mm 钢板中随锭含量增加，铁素体比例减少，贝氏体比例增加，屈服强度升高;規含量0.024%时,组织中铁素体比例50.8%、珠光体比例39.0%,贝氏体比例10.2%,屈服强度426 MPa,抗拉强度685 MPa,伸长率24.0%,断面收缩率61.3 %0锭析出物尺寸随加热温度升高逐渐细化，数量逐渐增多;1 180七加热时锭含量析出物尺寸7-88 nm,呈弥散分布。
关键词锭微合金化HRB400钢加热温度珠光体贝氏体Effect of Niobium Content and Ingot Heating Temperature on Microstructure and Property of HRB400 Steel RebarZhou Yun , Yang Xiaowei , Chen Huande and Zhang Yu(Institute of Research of Iron and Steel (IRIS) of Shasteel ‘Jiangsu Province ,Zhangjiagang 215625)Abstract The effects of niobium content (0. 011% ~0. 055% ) and heating temperature ( 1 100 - 1 250 七)on mi crostructure and properties of HRB400 steel rebar 20 mm plat are studied by thermal simulator Gleeble , high temperature la ser con-focal microscope and transmission electron microscope. In 20 mm plate with heating at 1 180 °C for 1 h , with in creasing content of niobium addition , the bainite content in steel increases to inhibit ferrite transformation , leads to increas ing yield strength. Addition of 0. 024% niobium , the microstructure has 50. 8% ferrite ,39. 0% perlite and 10. 2% bainite , which corresponds to yield strength of 426 MPa, tensile strength of 685 MPa, elongation of 24. 0% and reduction of area 61.3% . The size of niobium precipitates gradually refine with the increasing of heating temperature , the number is gradually increasing , and the disperse distributed niobium-containing precipitates with a size range of7 ~ 88 nm can be produced at a heating temperature of 1 180 乞.Material Index Nb-Microalloying , HRB400 Steel , Heating Temperature , Perlite , Bainite采用微合金化的技术路线生产的钢筋性能稳定、 节能环保，在工程应用上具有明显优势。
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(b) in-situ m elted, and reheated
Tim e
(c) reheated
铸造图开发
连铸过程模拟
铸造图开发
连铸过程模拟
Ductility (%)
90 75 60 45
300
III
II
I
600
900
1200
Temperature (C)
1500
铸造图开发
连铸过程模拟
C o n tro lled C o olin g
T im e
热加工过程模拟
液压锲系统性能
热加工过程模拟
6道次热轧过程模拟
F o rc e (k g )
-1 0 0 0 0 -8 0 0 0
H o t R o llin g P ro c e s s S im u la tio n
A IS I 1 0 1 8 S te e l
基础材料研究
熔化/凝固 超塑性 加工硬化 / 软化 再结晶 / 回复 析出 超细晶粒材料 纳米材料
材料试验
热塑性/热加工性/应变诱导裂纹开裂 轴向 / 平面应变压缩 动态和静态 CCT / CHT / TTT 焊接性能 / 零强温度 / 零塑性温度 /
12
283°C/mm 10
AISI 304 Stainless Steel Test Temp: 1100°C
Stroke Rate: 50mm/s
8
72°C/mm
9°C/mm
6
力 (kN)
4
2
0 0
10
20
30
40
50
位移 (mm)
热塑性试验
Gleeble热模拟实验课件
反馈信号
差值放大 控制回路
（2.3 ）计算机控制系统 计算机控制系统是Gleeble热/力学模拟试验机的心脏，它
提供了用于闭环控制的热和力学系统所需的所有变量信号。 通过控制柜的各种模块（插件）实现D/A及A/D转换，对热、力
系统进行实时闭环控制； 数据采集系统，可实现数据采集及分析处理 ；
加热速度
冷却速度
最大载荷
拉速/压缩 8.1t 动态载荷 5.4t
最大 1000mm/s 最小.000017 mm/s
拉速/压缩 20t 动态载荷 8t
拉速/压缩 2t
拉速/压缩 10t 动态载荷 5t
20t压缩/10t拉伸 动态载荷 8t
位移速度
最大 2000 mm/s 最小 0.01 mm/s
最大 100 mm/s
Gleeble高温拉伸试验
热塑性拉伸试验时，高温力学性能的评定指标主要是断面
收缩率和强度极限。
– 断面收缩率：以试样拉伸前后的断面收缩率Ra作为衡量其高温热 塑性的指标，Ra的计算方法见下式。 2 D0 D12 100% Ra= 2 D0
式中 Ra—断面收缩率，%； D0—试样原始直径，言编程及操作控制软件；
二是模拟热加工过程（如焊接热影响区）的专用软件。
（3）Gleeble热/力学模拟机的型号与性能
随着计算机控制技术的应用以及测量系统的完善和机械 装置的改进，现在的Gleeble热/力学模拟机主要有Gleeble1500、2000、3200/3500/3800等系列型号，模拟精度和模
2、过程模拟
●铸造和连铸 ●固液两相区加工过程 ●热轧/锻压/挤压 ●焊接 ○HAZ热影响区 ○焊缝金属 ○电阻对焊接 ○激光焊 ○扩散焊 ○镦粗焊 ●板带连续退火 ●热处理 ●粉末冶金/烧结 ●合成（SHS）
热冲压成形钢22MnB5动态CCT曲线及组织转变
参考文献 [1] 马鸣图，张宜生，宋磊峰，等. 超高强度钢热冲压成形研究进展
(下). 新材料产业，2015(9)：65 [2] 马鸣图. 先进汽车用钢. 北京：化学工业出版社，2008 [3] 衣海龙，薛鹏，崔荣新，等. X80管线钢连续冷却过程中的相变
研究. 轧钢，2008，25(2)：10
实验结果与分析
图3为22MnB5钢在不同冷却速度下的显微组
图2 试样的热处理工艺过程
织。从图中可以看到，当冷却速度为0.5℃·s–1时，显 微组织由铁素体、贝氏体和珠光体组成；当冷却速 度为1℃·s–1时，贝氏体的量有所增加，铁素体和珠 光体的量有所减少，且出现了少量的马氏体组织； 当冷却速度为2℃·s–1和5℃·s–1时，开始出现马氏体组 织，转变后的显微组织以马氏体、贝氏体和少量铁 素体为主；当冷却速度≥10℃·s–1时，22MnB5钢的显 微组织转变为马氏体和贝氏体。
图4 22MnB5钢奥氏体连续冷却转变曲线
线可以看出，22MnB5钢奥氏体在以不同的冷却速度 连续冷却过程中，有铁素体析出(A→F)、珠光体转变 (A→P)，贝氏体转变(A→B)和马氏体转变(A→M)。 随着冷却速度的增大铁素体的析出量以及珠光体的转 变量都迅速减少，马氏体的转变量则越来越多。
结束语
实验材料与方法
实验用钢为热轧态22MnB5钢的中间坯，厚度为 45 mm，其化学成分如表1所示，将22MnB5钢加工 成哑铃试样，在Gleeble-1500热模拟试验机上进行测 试，如图1所示。
作者单位：1. 本钢板材股份有限公司销售中心，辽宁 本溪 117000；2. 本钢板材股份有限公司技术研究院，辽宁 本溪 117000
容 能和产品的最终使用性能有着极其重要的影响。为了在控轧控冷后获得稳定的组织和性能，并为热轧
GLEEBLE实验1-高温强度.
GLEEBLE实验实验一金属材料高温强度的测定一．实验目的(1)了解典型金属材料的高温强度与塑性及其随温度的变化规律。
(2)掌握用材料加工物理模拟设备即动态热-力学模拟试验机Gleeble3500测定材料抗拉强度、屈服强度和塑性的原理。
(3)掌握Gleeble 3500试验机的简单操作与编程．并了解其一般应用。
(4)测定不同钢种如20、45、40Cr和1Crl8Ni9不锈钢的拉伸强度及其塑性随温度的变化并进行比较；测定并分析变形速度对强度的影响规律。
二．概述材料的力学性能在科学研究和工程应用中具有非常重要的作用。
例如，数值模拟研究必须以力学性能为依据；负载结构的设计和材料热加工工艺方案(如焊接、锻压、热处理、表面改性等工艺)的制定必须以力学性能为基础等等。
温度对材料的力学性能功能影响很大。
高温强度和塑性是材料高温使用和热加工时需要考虑的重要力学性能指标，了解其测试方法及其随温度的变化规律，是对高温结构材料进行科学研究和应用的基础。
本次实验主要研究金属材料高温短时拉伸的力学性能。
金属材料如钢材的强度和塑性由基体组织类型(如马氏体M，铁素体F，珠光体P，贝氏体B，奥氏体A)、晶粒大小、基体强化类型(固溶强化和弥散强化)，以及与此有关的加工变形程度、热处理条件等决定，因此，不同类型的金属及其合金的强度和韧性及其随温度变化的规律存在明显区别，一般来讲，材料按高温强度由低到高的排列顺序为：碳素钢，低合金钢，高合金钢，不锈钢，镍基高温合金。
金属力学性能指标一般按金属材料室温拉伸试验方法(GB/T228-2002)和金属材料室温拉伸试验方法(GB/T4338-1995)进行测试。
测试数据全面，但较繁琐。
本实验用动态热-力学模拟试验机Gleeble快速测定金属材料的高温强度。
动态热-力学模拟试验机Gleeble3500测定材料高温性能的原理如下：用主机中的变压器对被测定试样通电流，通过试样本身的电阻热加热试样，使其按设定的加热速度加热到测试温度。
8高温拉伸实验-Gleeble
八、高温拉伸实验一、实验目的：1.熟悉Q235钢材料在高温拉伸作用下的变形和断裂过程；2.熟悉Q235钢材料的拉伸断裂断口特征；3.学会测定材料的高温拉伸力学性能指标的方法；4.掌握所使用的实验设备及仪器的操作规程，并了解其结构特点及工作原理。
二、实验仪器材料：GLEEG-150D热模拟试验机、Q235圆形截面拉伸试样。
三、实验原理：高温拉伸试验通常是指温度恒定在100～1100℃范围内,规定加载速率,受载方式为单项的拉伸试验。
温拉伸试验与常温拉伸相比,有许多相同的试验规律,如试验方法与拉伸图形相似;也有不少有区别的地方,如他们各项数值所代表的符号都不相同等.由于高温拉伸试验增加了一个温度参数,因此相应地有了温度控制和温度测量的内容.同时对试验过程和试样夹持装置也提出了特殊要求,在高温下有些力学性能指标会呈与室温不同的规律,如:超过一定的温度,碳钢的屈服强度变得不明显,从而难以测定.各种冶金元素对强度的影响随温度的不同而有所改变。
温度对材料力学性能的影响有：1.材料在高温下将发生蠕变现象（材料在恒定应力的持续作用下不断地发生变形）。
2.材料在高温下的强度与载荷作用的时间有关。
载荷作用时间越长，引起变形的抗力越小。
3.材料在高温下不仅强度降低，而且塑性也降低。
应变速率越低，作用时间越长，塑性降低越显著，甚至出现脆性断裂。
4.与蠕变现象相伴随的还有高温应力松弛（恒定应变下，材料内部的应力随时间降低的现象）。
温度和时间对断裂形式的影响为：温度升高时，晶粒强度和晶界强度都要降低，但由于晶界上原子排列不规则，扩散容易通过晶界进行，因此，晶界强度下降较快见图1。
晶粒与晶界两者强度相等的温度称为“等强温度”TE 。
当材料在TE以上工作时，材料的断裂方式由常见的穿晶断裂过渡到晶间断裂。
材料的T E 不是固定不变的，变形速率对它有较大影响。
因晶界强度对形变速率敏感性要比晶粒大得多，因此TE 随变形速度的增加而升高。
Gleeble 3500热机模拟试验仪的介绍
0.7 R.A. Test SICO Test
Reduction of Area (% )
90
0.6
80
0.5
70
0.4
900 1000 1100 1200 1300
X axis title
Critical Strain, ln (d 0/d)
焊接过程模拟
电弧焊焊接热循环过程模拟 激光焊焊接热循环过程模拟
热裂纹敏感性评价
冷裂纹敏感性评价 脆断倾向评价 焊接工艺优化
电弧焊焊接过程模拟
焊接热影响区的局部脆性区和热循环过程模拟
电弧焊焊接过程模拟
Rykalin-2D生成的系列峰值温度曲线
激光焊焊接过程模拟
ISO-TTM等温淬火装置和模拟的热循环曲线
T.C. Water in Water in
1350 CX1s
O
↗
T/ C
O
t/s
CCT/SHCCT图的建立
微分法确定转变点-CCT软件包
CCT/SHCCT图的建立
CCT/SHCCT图的绘制-CCT软件包
Gleeble系统安全提示
液压伺服系统的性能曲线
HYDRAULIC MAXIMUM FORCE vs. STROKE VELOCITY
TMCP后的力学性能测试
热成形过程模拟
热塑性试验
On-heating PDT
D u ctility in R .A .
T e m p e ra tu re
On-cooling
(a) On-heating
(b) On-cooling
5%
DRT NDT NST
Time
T
最新-Gleeble全面介绍
热力模拟机的发展
Hydrawedge液压锲系统 热扭转系统: HTS-50 多轴变形模拟系统: MAXStrain System ISO-Q 淬火和变形膨胀仪
R1
R2
R3
R4
R5
COMPRESSION
纵向温度分布图
轴向温度梯度控制
T e m p e r a t u r癈e) (
1200
1000
800
Copper Jaw
F u ll-c o n ta c t
600
H a lf-c o n ta c t
Hot Jaw
400 A IS I 1 0 1 8 S te e l
热加工性试验技术
温度梯度对材料强度的影响
S tre n g th (M P a )
A IS I 1 0 1 8 C a rb o n S te e l
300
300
d T /d x = 0 癈 /m m d T /d x = 9 癈 /m m
250
d T /d x = 1 2 癈 /m m
250
d T /d x = 7 2 癈 /m m
基础材料研究
熔化/凝固 超塑性 加工硬化 / 软化 再结晶 / 回复 析出 超细晶粒材料 纳米材料
材料试验
热塑性/热加工性/应变诱导裂纹开裂 轴向 / 平面应变压缩 动态和静态 CCT / CHT / TTT 焊接性能 / 零强温度 / 零塑性温度 /
铝镇静钢无裂纹 连铸坯生产最佳
冷却速率(C)
ISO-T TM 砧子
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GLEEBL实验实验一金属材料高温强度的测定．实验目的(1) 了解典型金属材料的高温强度与塑性及其随温度的变化规律。
(2) 掌握用材料加工物理模拟设备即动态热- 力学模拟试验机Gleeble3500测定材料抗拉强度、屈服强度和塑性的原理。
(3) 掌握Gleeble 3500 试验机的简单操作与编程．并了解其一般应用。
(4) 测定不同钢种如20 、45 、40Cr 和1Crl8Ni9 不锈钢的拉伸强度及其塑性随温度的变化并进行比较；测定并分析变形速度对强度的影响规律。
．概述材料的力学性能在科学研究和工程应用中具有非常重要的作用。
例如，数值模拟研究必须以力学性能为依据；负载结构的设计和材料热加工工艺方案(如焊接、锻压、热处理、表面改性等工艺)的制定必须以力学性能为基础等等。
温度对材料的力学性能功能影响很大。
高温强度和塑性是材料高温使用和热加工时需要考虑的重要力学性能指标，了解其测试方法及其随温度的变化规律，是对高温结构材料进行科学研究和应用的基础。
本次实验主要研究金属材料高温短时拉伸的力学性能。
金属材料如钢材的强度和塑性由基体组织类型(如马氏体M，铁素体F,珠光体P,贝氏体B，奥氏体A、晶粒大小、基体强化类型(固溶强化和弥散强化)，以及与此有关的加工变形程度、热处理条件等决定，因此，不同类型的金属及其合金的强度和韧性及其随温度变化的规律存在明显区别，一般来讲，材料按高温强度由低到高的排列顺序为：碳素钢，低合金钢，高合金钢，不锈钢，镍基高温合金。
金属力学性能指标一般按金属材料室温拉伸试验方法(GB/T228-2002) 和金属材料室温拉伸试验方法(GB/T4338-1995) 进行测试。
测试数据全面，但较繁琐。
本实验用动态热-力学模拟试验机Gleeble 快速测定金属材料的高温强度。
动态热-力学模拟试验机Gleeble3500 测定材料高温性能的原理如下：用主机中的变压器对被测定试样通电流，通过试样本身的电阻热加热试样，使其按设定的加热速度加热到测试温度。
保温一定时间后，通过主机中的液压系统按一定的加载速率给试样施加载荷使其变形，直至试样断裂。
由于试样两端由通水的冷却块夹持，冷却快，所以整个试样在加热和保温过程中存在一定的温度梯度，中间段温度高，但当试样足够长( 90~120mm )时，热电偶检测的中间部位约有8〜18mm )长度的均温区，这样就能保证试样断裂发生在试样的中间部位，且测试所有强度能与检测温度对应。
断面收缩率可以通过测定室温时的断面面积，并与原始截面面积进行比较而获得。
在材料种类和热处理状态一定的情况下，高温强度除受温度影响外，还与加载速度有直接关系。
一般情况下，加载速率即变形速度越快，强度越高。
动态热-力学模拟试验机Gleeble3500 的简介见附件。
三.实验仪器和材料1. 动态热-力学模拟试验机Gleeble35002. 热电偶电阻焊设备1 套3. 热电偶丝若干4. 20 钢等试样四．实验内容和步骤1. 实验前了解了解Gleeble 3500 动态热-力学模拟试验机的基本结构与功能，学习Gleeble 3500 试验机的简单操作步骤。
实验时未经实验指导教师的同意，不得擅自启动任何设备开关。
2. 在试样上焊接热电偶。
3. 制定实验步骤，并经实验指导老师审核。
4. 启动主机和控制电脑后，进入界面，按具体实验要求的要求（加热温度，加热速率，变形速率等）编程。
5. 装好试样，进行实验。
五．思考题从变形机理说明温度和加载速度对材料强度的影响。
参考文献1. 邹贵生编. 材料加工系列实验. 北京：清华大学出版社，20052. 牛济泰编. 材料和热加工领域的物理模拟技术.北京：国防工业出版社，1999动态热模拟试验机Gleeble 3500 介绍近几十年来，热- 力学物理模拟技术飞速发展。
在热模拟试验装置、试验方法、测试技术以及应用等方面进行了大量的研究工作，研究范围涉及到材料科学与工程和材料加工工程等领域中的组织研究、性能研究、应力应变研究等各个方面，受到各国科技界欢迎的Gleeble 动态热一力学模拟试验机是一种应用最广泛的热-力学模拟机。
它自1946年在美国伦塞勒工学院(RPI)第一台样机诞生并成立DSI(Dynami Systems lnc ．)至今，经过60 多年的不断修改与完善，已经发展为计算机控制的电液伺服闭环系统。
其主要部分有主机、液压源、控制柜、计算机系统、真空系统、急冷系统等。
它既可用手控进行试验，也可以实现全部试验过程的计算机控制。
根据该设备的功能，可将它分为三个系统：计算机控制系统、热控制系统、力学控制系统。
因此，可用汁算机实现两个闭环控制。
其加热速度可以从0.002 C/S到10000 C/S。
它能模拟各种热-力学过程，是一种理想的动态试验机，有人也称它为热-力学材料试验机。
上海大学热模拟试验机Gleeble 3500 的实物整体形貌、结构方框图、主机、高温拉伸实验分别见图Al〜图A3。
试验编程示例如图A4所列。
1. 加热系统：该机采用电阻加热系统，即通过低频电流加热试样，加热速度可以高达10000 °C /S。
由于集肤效应较小，故整个加热区中间部位温度均匀,径向温度梯度很小。
冷却速度由沿试样轴向的热传导来控制，直径为6mm 的普通碳钢试件在10000C 时的冷却速度可控制到140 C/S。
它用闭环控制实现温度的实时监测与控制，是动态热模拟的理想系统。
12曲S5图A1 Gleeble 3500整体形貌'』」学師膿超^^电臨厲计漳机描■>b （魚阳帕〜I 7冏）世〔（■:霸i凶总1铀1——应力i"l—r 卩同廉—*；j.1出I ki£处1-图A2 Gleeble 3500 结构方框图伺服控制系统。
最快可以达到1000mm/s 的移动速度。
3. 数据显示与记录图A3咼温拉伸实验■ LTimi n Axis 1Axis 31 Axis 3'|>1dyalcrr--------- --------3A H IM alFainicfJn^S^rptW, |=lXMCnini, d ・ ID.WEhnrn3 AcfjEiirB Fofce (Troka TCl4« iT■—ep-—7SUrt ] ■闻 Mcchin^at■ HiilhTr Thdmn* a Mods搏忡O X B 荷e !■ 1 [Wedjejcmi ~TCI 1 创a SiniM IOOH JJIICQ.C3.CQfiO Q IJ OC] [ a.Qoc0 r Sftflipj*5五HirU0Q:25 一酣 QO D.OO D.Ofl O 尸 300 r dSJOD.OOO O O.D Oc ooo5WTI'Sampk II 9.Q-KI1*01:00 ___________ 3◎30GOO卩ErtdI ■ MflchinKI*® High ■ Thenna |图A4表格式编程示例（高温拉伸）2.力学系统与性能指标Gleeble 3500的机械系统是一个具有10吨静态拉伸/压缩力的全集成液压的计算机通过网络线互通信息，一方面，可通过在台式计算机中配置的Quiksim 软件采用简单的表格式编程方法实现试验的基本工艺过程，另一方面，可同时显示和控制温度、载荷、应力、应变、位移等参数；试验过程中，上述数据能在计算机中实时显示，随时检测。
试验结束后，试验的原始数据自动装入Origin 软件中，实验人员可对数据进行各种适当的处理。
(1) 开总电源。
(2) 按下主机上的电源按钮，之后控制柜中的嵌入式计算机显示器显示各种运行资料，直至结束。
(3) 观察控制柜上的“安全显示”按钮。
当显示灯为绿色时，说明控制系统工作正常。
(4) 启动台式计算机，并按提示逐一操作。
(5) 进入Quiksim 编程状态。
期间按提示" 密码，回车即可。
(6) 按某具体实验要求的工艺(如高温拉伸实验、高温快速压缩实验、冷却速度对材料组织和性能的影响实验等)编程。
表格式编程示例如图A4 所列。
其中：①一般情况下，“system" —行实验人员会事先设定好，不必改动；②"Stress--Strain" —行根据试样大小设定其相应的直径d和被测试长度L(注：当试样为非圆柱形时，可根据试样的测定部位的面积折合成当量圆面积)：③Acquire ”一行即为在实验过程中需要检测的数据项名称，如表中的Force，Stress，stroke，TCl。
该行的数据项名称可根据需要进行增和减；④“ Start ” 一行中根据实验过程中是否要施加载荷和加热，可分别单击"Mechanical ”和"Thermal"启动模块即左侧显示“2”符号；⑤“ Mode ” 一行目的是选择实验过程中的力的控制模式，其中有Stroke 、Stress 、Strain 上一gauge( 轴向位移)、C—gauge(径向位移)、Force等模式可供选择，其中的“ Wedge ”和"TCI(c) ” 一般不改动；⑥“ Sample" —行是设定实验过程中各参数的数据采集频率；⑦"Time" 一列中的“：："的表示分、秒、0 . xx秒；⑧其余各行分别按工艺要求在规定的时间内加载、保持载荷、卸载和加热、保温、冷却等。
(7) 对事先制备好的试样进行尺寸检测，焊接热电偶，然后依据实验需要选择夹具。
再装卡试样，期间要使用空气锤或手动液压系统(操作：启动Mechanical ，启动Run ，旋转嵌入式显示器“ stroke ”符号右侧的旋钮或“ Force"符号左侧的旋钮使液压系统的活塞向前或先后移动)。
试样装卡完后，按按"Stop ” 按钮关闭液压系统。
(8) 当实验需要在真空环境中进行时，须开启真空系统，且实验完后须仔细关闭真空系统：(9) 仔细检查实验程序和试样的装卡。
无问题后，,单击程序表上部的“启动口，”号”，手动控制柜上的"Run" 。
实验开始进行。
符(10) 关真空系统；对真空系统充大气，取出试样。
(11) 实验结束后对数据进行处理或存储到相应的目录下。
(12) 所有实验结束后，检查实验数据是否保存好。
关台式计算机一关主机上的电源闸一关总闸。
注：本科生实验必需按照实验指导教师指导操作。