GLEEBLE实验1-高温强度.
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。
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。
热加工对430铁素体不锈钢“金粉”现象的影响
热加工对430铁素体不锈钢“金粉”现象的影响邵泽斌;陈海涛;郎宇平;朱心昆【摘要】研究了430铁素体不锈钢晶间腐蚀和表面“金粉”缺陷的关系.通过Gleeble 3800热模拟机模拟了不同工艺条件下的热轧实验,以及热轧后模拟卷取对430铁素体不锈钢晶间腐蚀敏感性产生的影响；采用双环-电化学动电位再活化(DL-EPR)法检测430铁素体不锈钢的晶间腐蚀.结果表明:430铁素体不锈钢在热轧时产生敏化,在酸洗过程中造成的晶间腐蚀,最终会导致冷轧后表面“金粉”缺陷的产生.Gleeble实验表明,最终变形温度为900～950℃,冷速为水冷条件下有利于避免晶间腐蚀的产生.模拟卷取实验表明,经过650～800℃的处理能够进一步避免和消除430铁素体不锈钢的晶间腐蚀敏感性.%The relationship between the intergranular corrosion and "gold dust" defects on surfaces of 430 ferritic stainless steel was investigated. On the basis of the different hot rolling tests performed on Gleeble 3800 thermal mechanical simulation and simulated coiling test after deformation, a study was conducted in order to determine the effect of thermal processing on the intergranular corrosion of 430 ferritic stainless steel. The DL-EPR was introduced to measure the susceptibility to intergranular corrosion. The results showed that the 430 ferritic stainless steel sensitization happened in the process of hot rolling, then conduce intergranular corrosion during the pickling, eventually produced the "gold dust" defects after cold rolling. It is found that the intergranular corrosion sensitization could be effectively prevented with a combination of final rapid cooling (water cooling) at the final deformation temperature of 900-950℃. By the analysis of simulated coiling test results,the intergranular corrosion susceptibility of 430 ferritic stainless steel can be further avoided and eliminated by a treatment of 650-800 ℃.【期刊名称】《材料工程》【年(卷),期】2013(000)003【总页数】6页(P61-66)【关键词】"金粉";430铁素体不锈钢;晶间腐蚀;DL-EPR【作者】邵泽斌;陈海涛;郎宇平;朱心昆【作者单位】昆明理工大学材料科学与工程学院,昆明650093【正文语种】中文【中图分类】TG142.71AISI 430（1Cr17）作为铁素体不锈钢的代表，广泛应用于汽车、厨房、家电、建筑、环保等各个领域，是一种资源节约型不锈钢。
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。
合金的动态再结晶与晶粒细化研究
FGH4096合金的动态再结晶与晶粒细化研究摘要：使用Gleeble-1500D热模拟试验机对热等静压态FGH4096合金进行变形温度1080~1140℃，应变速率0.02~1s–1，变形量15%，35%和50%的等温压缩实验。
通过观察微观组织，分析了粉末高温合金动态再结晶的组织演化规律，并通过透射电镜研究了再结晶的形核位置。
当变形量在35%及以下时，得到不完全再结晶组织，即“项链“组织；当变形量大于50%时，得到完全的动态再结晶组织。
动态再结晶晶粒尺寸随变形温度的升高和应变速率的降低而增大。
再结晶形核主要在以下三个位置，即原始颗粒边界，再结晶晶粒边界以及孪晶源。
最后利用多方向热变形对晶粒的破碎和细化，得到平均晶粒尺寸为4μm的细晶坯料。
关键词：FGH4096粉末高温合金；动态再结晶；形核；细晶化锻造粉末高温合金由于具有组织均匀、无宏观偏析、合金化程度高等优点,成为制造先进航空发动机涡轮盘的首选材料[1]。
30多年中，粉末高温合金发展已经历了三代。
FGH4096粉末高温合金属于我国第二代粉末高温合金材料，以其优秀的高温强度和抗裂纹扩展能力受到航空发动机研究人员的极大重视[3]。
但由粉末冶金工艺所带来的原始颗粒边界(PPB)、热诱导孔洞(TIP)等组织缺陷极大的损害了高温合金的力学性能和热加工性能。
美国普惠公司使用以大挤压比的热挤压来粉碎PPB、焊合TIP，并诱导高温合金发生充分的动态再结晶以得到组织均匀细小、热加工性能优秀的高温合金坯料的制坯工艺[3]。
国内受多方面条件限制，尚无法实施该类工艺，但可通过塑性变形诱发动态再结晶得到细晶、无缺陷坯料[3]。
本文研究了FGH4096高温合金热变形中的动态再结晶的形核、发展规律和组织演化过程，并研究了合金的细晶化锻造工艺。
1 实验材料与方法FGH4096合金名义化学成分(Wt%)为：Cr 15.5, Co 12.5, Mo 3.8, W 3.8, Nb 0.6, Ti 3.9, Al 2.0, B 0.006, Zr 0.025, Ni Bal。
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；
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。
五害元素对钢材性能的影响
五害元素对钢材性能的影响技术中心陈绍林摘要：评述了钢中五害元素对钢材性能的影响。
关键词：五害元素钢性能影响1、前言所谓“五害元素”是指钢中存在的铅(Pb)、锡(Sn)＞珅(As)、. (Sb)、钿(Bi)等五种元素。
因为在绝大多数情况下，这五种元素对钢材的加工性能和使用性能有不利的影响，而且它们的化学性质相近，作用机理相似，经常混合在一起，故统称为“五害元素工五害元素位于元素周期表上第四族和第五族，在化学上，神属于“非金属元素”，其余四种元素为金属元素。
五害元素在元素周期表中的位置见图1。
图1钢中五害元素有一些共同特点。
第一，它们的熔点与钢相比较低，通称为低熔点元素。
它们存在于钢中会降低钢的熔点，含量越高，熔点降低越多。
第二，它们在钢中含量超过一定限度时，都会明显降低高温机械性能，增加钢的高温脆性，降低钢的强度和韧性，使钢变脆。
第三，它们往往共生于一体，造成严重偏析(晶界偏析)，很少单独存在，因而对钢的破坏作用更大。
2、来源及控制方法1.1来源五害元素主要来源于炼钢的原料如废钢、生铁等。
其中As、Sn、Sb 等由于其氧化势比铁低，故在炼钢过程中很难去除，而Pb和Bi的氧化势比铁高, 故可以在炼钢过程中去除绝大部分(其中Bi主要从烟气中挥发，而Pb的密度大,除部分挥发外，会从钢液中沉到炉底）。
因此钢中五害元素实际上主要是As、Sn. Sb 等三种，而Pb和Bi基本上含量在0.001%的痕量水平。
对钢的性能产生影响的主要也是As、Sn、Sb这三种元素。
1.2控制方法由于五害元素主要来源于废钢、生铁等炼钢原料，因此控制五害元素含量的第一个方法就是对废钢、生铁等炼钢原料进行分选。
按照产品质量要求的高低选用五害元素含量不同的原材料。
另外也可以将不同级别的原材料合理搭配，靠“稀释”的办法来降低产品中五害元素的含量水平，但这种办法经常给炼钢操作带来困难。
通过冶炼工序来去除As、Sn、Sb等元素是很困难的，有时尽管能去除但很不经济。
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。
CuNi10Fe1.6Mn铜镍合金热压缩流变应力行为研究
CuNi10Fe1.6Mn铜镍合金热压缩流变应力行为研究马艳霞;苑伟;梁晨;周铁柱【摘要】利用Gleeble-1500热模拟实验机,对CuNi10Fe1.6Mn合金进行热压缩实验,研究其在高温塑性变形过程中的流变应力行为.试验温度在800～1000℃,应变速率0.01～10s-1,总变形量为60％.实验结果表明:CuNi10Fe1.6Mn合金的流变应力随着应变温度的降低而增加,随着应变速率的增加而增加;应力在达到峰值之后不再发生明显变化,出现稳态流变状态.通过数理统计的方法计算得到CuNi10Fe1.6Mn合金的热变形激活能为306.082kJ/mol,并得到其本构方程.【期刊名称】《锻压装备与制造技术》【年(卷),期】2018(053)006【总页数】4页(P130-133)【关键词】铜镍合金;热压缩实验;流变应力;热变形激活能【作者】马艳霞;苑伟;梁晨;周铁柱【作者单位】中国船舶重工集团公司第七二五研究所,河南洛阳471000;中国船舶重工集团公司第七二五研究所,河南洛阳471000;中国船舶重工集团公司第七二五研究所,河南洛阳471000;中国船舶重工集团公司第七二五研究所,河南洛阳471000【正文语种】中文【中图分类】TG142.41铜镍合金由于具有良好的塑性成型性能、焊接性能、超强的抗腐蚀能力和抗污杀菌能力以及光亮的颜色，在石油化工、海洋舰船制造和工艺品制造等领域得到大量使用[1，2]。
近年来，随着海洋工业的大力发展，对铜镍合金管和管件产品需求量迅速增加，因此提高生产效率和产品质量是具有重大意义的。
铜镍二元合金不论成分比例多少，组织结构始终为单一α相，但由于镍在铜中的扩散速度很慢，所以铜镍合金的样品容易出现成分不均匀的现象，组织有明显的树枝状枝晶结构的存在[3]，因此铜镍合金热变形的组织与性能主要取决于热变形工艺参数。
目前，铜镍合金管主要采用热挤压的方法进行成形，生产过程中的加工参数一般根据实际经验来确定，不能有效地利用模具以及控制产品生产效率和质量。
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
实验一 钢连续冷却转变图 (CCT曲线) 的测定
材料加工测定实验一钢连续冷却转变图（CCT曲线）的测定一．实验目的1．了解钢的连续冷却转变图的概念及其应用；2．了解钢的连续冷却转变图的测量方法特别是热膨胀法的原理与步骤；3．利用热模拟仪观察钢在加热及冷却中的相变并测量临界点；4．建立钢的连续冷却转变图（CCT曲线）。
二．实验原理当材料在加热或冷却过程中发生相变时，若高温组织及其转变产物具有不同的比容和膨胀系数，则由于相变引起的体积效应叠加在膨胀曲线上，破坏了膨胀量与温度间的线性关系，从而可以根据热膨胀曲线上所显示的变化点来确定相变温度。
这种根据试样长度的变化研究材料内部组织的变化规律的称为热膨胀法（膨胀分析）。
长期以来，热膨胀法已成为材料研究中常用的方法之一。
通过膨胀曲线分析，可以测定相变温度和相变动力学曲线。
钢的密度与热处理所得到的显微组织有关。
钢中膨胀系数由大到小的顺序为：奥氏体〉铁素体〉珠光体〉上、下贝氏体〉马氏体；比容则相反，其顺序是：马氏体〉铁素体〉珠光体〉奥氏体〉碳化物（但铬和钒的碳化物比容大于奥氏体。
从钢的热膨胀特性可知，当碳钢加热或冷却过程中发生一级相变时，钢的体积将发生突变。
过冷奥氏体转变为铁素体、珠光体或马氏体时，钢的体积将膨胀；反之，钢的体积将收缩。
冷却速度不同，相变温度不同。
图1-1为40CrMoA钢冷却时的膨胀曲线。
不同的钢有不同的热膨胀曲线。
图1-1 40CrMoA钢冷却时的膨胀曲线连续钢连续冷却转变(Continuous Cooling Transformation)曲线图，简称CCT 曲线，系统地表示冷却速度对钢的相变开始点、相变进行速度和组织的影响情况。
钢的一般热处理、形变热处理、热轧以及焊接等生产工艺，均是在连续冷却的状态下发生相变的。
因此CCT曲线与实际生产条件相当近似，所以它是制定工艺时的有用参考资料。
根据连续冷却转变曲线，可以选择最适当的工艺规范，从而得到恰好的组织，达到提高强度和塑性以及防止焊接裂纹的产生等。
4032铝合金热加工图及热变形机理研究
4032铝合金热加工图及热变形机理研究一、引言介绍热加工及4032铝合金的基本情况，提出研究的目的和意义。
二、4032铝合金的热加工技术1.热处理工艺2.热变形工艺3.热模拟实验方法三、4032铝合金热变形机理1.高温下的塑性变形2.动态再结晶机制3.热软化及断裂机制四、4032铝合金热加工图的建立1.材料参数的获取2.建立热加工图的方法及过程3.热加工图的应用实例分析五、4032铝合金热加工研究的展望简要介绍4032铝合金热加工的发展趋势，提出未来的研究方向和重点。
注：提纲仅为参考，具体内容根据实际情况进行调整。
第一章引言随着工业制造水平的不断提高，新型材料的开发和应用受到越来越广泛的关注。
4032铝合金作为新型材料之一，被广泛应用于航空、汽车、建筑、电子等多领域。
在材料加工中，热加工技术是一种重要的加工方法，其可以改善材料的结构性能、提高材料的加工性能和精度。
因此，探究4032铝合金的热加工技术及热变形机理，对于推动4032铝合金在实际应用中的发展具有重要意义。
本论文旨在通过对4032铝合金的热加工技术及热变形机理研究，加深对材料的理解，为其应用和开发提供理论依据和技术指导。
第二章 4032铝合金的热加工技术热加工技术是将材料在高温状态下进行塑性变形等加工工艺，其主要目的是提高材料的塑性变形能力、改善材料的微观结构和性能、提高材料的韧性和延展性、降低加工难度和提高加工精度。
在4032铝合金的热加工过程中，热处理、热变形和热模拟实验是关键要素，下面分别进行介绍。
1. 热处理工艺热处理是一种通过控制材料的加热、冷却过程来改变其结构和性能的加工工艺，其可以提高材料的强度、硬度和韧性等性能，从而适应不同的生产需求。
在4032铝合金制造过程中，采用的热处理工艺主要有时效处理、回火处理、退火处理等。
时效处理是将铝合金加热到合适的温度（通常为较低温度），在此温度下保温一段时间，使其获得最佳的热稳定性和机械性能。
ZK60镁合金热变形过程中的动态再结晶动力学
ZK60镁合金热变形过程中的动态再结晶动力学何运斌;潘清林;覃银江;刘晓艳;李文斌;Yu-lung CHIU;J. J. J. CHEN【摘要】采用Gleeble-1500热模拟机对ZK60镁合金在温度为200～400℃、应变速率为0.001～10s-1、最大变形量为60%的条件下进行恒应变速率高温压缩实验,研究高温变形过程中合金的动态再结晶行为；采用EM模型描述合金的动态回复曲线,以此为基础,得出ZK60合金热压缩过程中的动态再结晶动力学Avrami方程.利用有限元模拟合金热压缩过程中的动态再结晶.结果表明ZK60合金热压缩过程中由于存在动态再结晶的软化作用,流变应力达到峰值后逐渐减小,并最终达到稳态；随着变形量的增加和变形温度的升高,动态再结晶体积分数增加,合金变形更加均匀；随着应变速率的增加,动态再结晶分数有所减小,且.变形也更不均匀.【期刊名称】《中国有色金属学报》【年(卷),期】2011(021)006【总页数】9页(P1205-1213)【关键词】ZK60镁合金;热变形;流变应力;动态再结晶;动力学【作者】何运斌;潘清林;覃银江;刘晓艳;李文斌;Yu-lung CHIU;J. J. J. CHEN【作者单位】中南大学材料科学与工程学院,长沙410083;中南大学有色金属材料与工程教育部重点实验室,长沙410083;中南大学材料科学与工程学院,长沙410083;中南大学有色金属材料与工程教育部重点实验室,长沙410083;中南大学材料科学与工程学院,长沙410083;中南大学有色金属材料与工程教育部重点实验室,长沙410083;中南大学材料科学与工程学院,长沙410083;中南大学有色金属材料与工程教育部重点实验室,长沙410083;中南大学材料科学与工程学院,长沙410083;中南大学有色金属材料与工程教育部重点实验室,长沙410083;Department of Chemical and Materials Engineering, University of Auckland, Auckland 1102, New Zealand;Department of Chemical and Materials Engineering, University of Auckland, Auckland 1102, New Zealand【正文语种】中文【中图分类】TG146.2镁合金由于具有密度低、比强度高以及阻尼性能和电磁屏蔽性好等优点，在汽车行业以及电子产品中都具有广阔的应用前景。
Hf和Re含量对Co-Ti-V高温合金γγ′两相晶格错配度的影响
Hf 和Re 含量对Co-Ti-V 高温合金γ/γ′两相晶格错配度的影响周鹏杰*, 宋德航, 高心康, 刘印兵（江苏科技大学 材料科学与工程学院，江苏 镇江 212003）摘要： 通过对不同含量Hf 和Re 的Co-Ti-V 高温合金进行组织形貌观察和X 射线衍射分析，研究不同含量Hf 和Re 合金中γ′相形貌与γ/γ′两相晶格错配度的关系。
采用EDS 分析合金中各元素的分配行为与γ/γ′两相晶格错配度的关系。
通过对不同成分的合金进行1000 ℃高温压缩实验，研究Hf 和Re 含量对合金高温压缩性能的影响。
结果表明：随着Hf 含量的增加，γ′相的形貌由立方形转变为球形，γ/γ′两相的晶格错配度减小；随着Re 含量的增加，γ′相的形貌由立方形变为长条状，且γ′相变得粗大，γ/γ′两相的晶格错配度减小；通过EDS 分析，Co 、Hf 和Re 元素在γ相中富集，而Ti 和V 元素在γ′相中富集；随着Re 含量增加，合金的屈服强度和抗拉强度均增加；随着Hf 含量的增加，合金的屈服强度和抗拉强度先减小后增大。
关键词：Co-Ti-V 高温合金；γ′相形貌；γ/γ′两相晶格错配度doi ：10.11868/j.issn.1005-5053.2019.000136中图分类号：TG132.3+2 文献标识码：A 文章编号：1005-5053(2021)01-0045-09高温合金由于具有较高的强度、结构稳定性和抗高温能力，通常运用于航空发动机涡轮叶片和其他的耐热部件中[1-2]。
其中镍基高温合金是制造航空发动机的关键材料，是目前研究和使用最广泛的一类高温合金[3-4]。
镍基高温合金出色的高温力学性能是由于其具有稳定的γ/γ′双相结构。
然而钴基高温合金与镍基高温合金相比，具有更加优异的耐热腐蚀性和耐热疲劳性，但传统的钴基高温合金主要的强化方式为固溶强化和碳化物强化，限制了其发展[5-6]。
2006年，日本学者Sato 等[7]发现了具有γ′强化的Co-Al-W 高温合金。
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）
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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。
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 ℃ ／s到10000 ℃／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 ℃/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，动态热模拟试验机Gleeble 3500 介绍直径为6mm 的普通碳钢试件在 10000C 时的冷却速度可控制到 140 ℃／ 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。
图 A1 Gleeble 3500 整体形貌图 A2 Gleeble 3500结构方框图图A3 高温拉伸实图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G1eeble 3500 配置了实现全面数字控制的软硬件。
控制柜中的微机处理器与编程用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。
Gleeble 3500 动态热模拟试验机一般操作步骤：(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" 一行实验人员会事先设定好，不必改动；② "Stress--Strain" 一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)；③“Acquire ”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“√”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"TCl(c) ” 一般不改动；⑥“ Sample" 一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“启动符号”，手动控制柜上的"Run" 。
实验开始进行。
(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。