控轧控冷与热模拟作业-东北大学

1.根据热模拟的实验类型，介绍热模拟试验机的主要功能。

热模拟试验机能用小试样迅速准确的再现材料热加工过程中结构、组织及性能的变化。实验类型主要有：热处理实验、单道次压缩实验、多道次压缩实验、拉伸试验、焊接实验和锤头自由控制实验。

(1)热处理实验

热处理试验可以反映热处理工艺对材料组织变化的影响，为获得优越的微观组织和优良的使用性能提供基础理论和技术依据，并实现材料性能的定量分析和预报。热处理试验所能完成的试验功能为：在没有外力强制变形的情况下，实现各种热处理变化，如加热、冷却或淬火等，分析热处理过程中的温度、尺寸及组织性能的变化情况。

①静态再结晶实验

钢铁材料随温度的变化，组织性能会发生改变，热模拟实验结合金相实验及其他性能检测手段很容易实现研究目的。例如，中厚板控轧时，为了避免在部分再结晶区轧制，保证未再结晶区内有足够的变形量，粗轧结束至进精轧之前必须实行严格的待温制度。为了了解再结晶奥氏体在保温时间内的演变过程，进行系列热模拟实验，得到再结晶奥氏体演变过程。

②不同冷却速度对组织的影响

钢铁材料随冷却速度不同，组织性能会发生改变，可通过热模拟实验将材料加热到一定温度保温后，以不同冷却速度进行冷却，结合金相实验及其他性能检测手段，研究不同冷却速度对组织变化的影响。

③静态CCT实验

设计实验方案，输入时间温度参数。一般在一定温度保温一段时间，使试样奥氏体均匀，然后以一定的冷速降到某一温度。同时，利用高灵

敏径向传感器测量试样直径的变化。绘制整个实验过程试样的直径变化量-温度曲线；用切线法找到相变开始点、中间和结束点，记下这些点的温度-时间坐标。依次按照不同冷速对各个试样进行实验，直到一组试样做完。最后根据此组实验结果的相变点温度-时间坐标绘制CCT图，即得到实验钢的静态CCT图。

④高温淬火实验

设计实验方案及工艺图，将实验钢加热至不同的温度，保温一定时间，迅速淬火，获得实验钢的原始奥氏体组织，经腐蚀后观察奥氏体的组织形貌。结合不同加热温度下淬火得到的组织，可分析加热温度对奥氏体晶粒的影响。

⑤连续退火实验

热力模拟实验机若带有板带退火系统，可用于板带连续退火工艺的物理模拟。通过设定不同的退火工艺参数，对退火后试样作力学性能检测和金相分析，可分析工艺、组织与性能的关系，从而确定最佳工艺参数。

(2)单道次压缩实验

热力模拟实验机具有多功能模拟能力和实验功能，可以完成许多种试验。从试验设计角度来说，单道次压缩试验所能完成的试验功能为：在热处理的同时，对试样进行一定的压缩变形。平面应变压缩、扩散焊、动态CCT、应力松弛、热裂纹敏感、应变诱导、控轧控冷、动态再结晶实验课通过设计单道次压缩实验来实现。

①单道次应力-应变曲线

单道次应力-应变曲线在两种不同情况下的测定：a、相同应变速率不同温度下的应力-应变曲线；b、相同温度不同应变速率下的应力-应变曲线。实验钢在不同温度下进行不同应变速率的应力-应变曲线。首先，

可选定变形速率，进行不同变形温度的单道次压缩实验进行分析，可分析流变应力随着变形温度的变化，以及动态再结晶过程，还可分析应力峰值对应的应变随变形温度的变化等。其次，可选定温度，以不同的应变速率下单道次压缩的应力-应变曲线进行分析。可分析流变应力随着变形速率的变化，以及发生动态再结晶的临界应变的变化和动态再结晶过程，还可分析流变应力随变形量的变化以及加工硬化过程。

②变形抗力曲线的测定

金属的变形抗力值对于确定轧机负荷和制定合理的轧制工艺规程是不可缺少的。可将试样加热到一定温度保温，冷速到一定温度保温，然后冷却到变形温度，保温后进行变形。分别以不同的变形条件，即变形程度、应变速率和变形温度到室温，记录应力－应变曲线，回归出变形抗力模型，可研究变形程度、变形温度和变形速率对变形抗力的影响。

③单道次变形过程参数对组织性能的影响

变形过程中参数是影响材料组织性能的重要因素。可将试样加热到一定温度，然后冷却不同的变形温度，进行单道次压缩，压缩不同的变形量，然后以不同的冷速冷却到室温。结合金相观察，可分别研究变形温度、变形量、冷却速率对组织性能的影响。

④动态CCT曲线的测定

动态CCT采用单道次压缩或多道次压缩完成实验。将试样加热到一定温度，冷却某一温度后进行单道次压缩，然后以不同冷速冷却到室温。同时，利用高灵敏径向传感器测量试样直径的变化。绘制整个实验过程试样的直径变化量-温度曲线；用切线法找到相变开始点、中间和结束点，记下这些点的温度-时间坐标。依次按照不同冷速对各个试样进行实验，直到一组试样做完。最后根据此组实验结果的相变点温度-时间坐标绘制CCT图，即得到实验钢的动态CCT图。

⑤平面变形压缩实验

对于平面应变压缩实验，试样宽度与压头宽度之比在6~10以上，以保证宽度方向的变形忽略不计。为保证压头之间变形均匀，压头宽度和试样厚度之比应在2~4之间。应变速率可随试样厚度变薄而升高，从而更有益于进行薄带材的热轧模拟研究。将试样加热到一定温度保温，冷却到一定温度进行单道次压缩，然后冷却，经实验得到不同变形温度下的应力-应变曲线。

⑥应力松弛实验

试样在高温被压缩后，在保持压头位置不变情况下，会产生随保温时间的延长而发生应力逐渐减小的所谓”应力松弛”现象。应力松弛过程，在微观上，实质是弹性变形转变为塑性变形的过程。这种应力降低为”软化”，由于静态恢复和静态再结晶所引起的。由于多道次热轧和热锻中静态再结晶是细化奥氏体晶粒的主要机制，因此可通过等温双道次模拟实验及应力松弛方法研究软化百分数和静态再结晶分数，从而研究道次间发生的静态再结晶行为。可测定微合金碳氮化物在奥氏体中发生应变诱导析出的应力松弛方法，可得到不同温度下的等温应力松弛曲线。由此可以确定析出的开始和结束时间，得到析出-时间-温度曲线(PTT曲线)，研究沉淀析出行为。

(3)多道次压缩实验

多道次压缩试验比较广泛的应用于连轧的模拟，其中每一次均为恒应变速率压缩，最多允许10道次变形。多道次压缩实验用于模拟热连轧的力能参数，每道次都设计为恒应变速率变形过程。与单道次压缩实验相比，除了变形参数的设定不一样外，其它都相同。多道次连轧、双道次压缩、道次间隔模拟和动态再结晶动力学实验可通过多道次压缩实验来实现。