Gleeble2000热模拟试验机的典型应用

刘文艳袁桂莲刘吉斌张彦文缪凯

(武钢钢铁(集团)公司研究院武汉430080)

摘要Gleeble2000热模拟试验机是目前世界上功能较齐全、技术较先进的模拟试验装置之一。借助于该模拟试验机,在一定尺寸的样品上再现材料在制备或加工过程中的受热或受力的冶金过程,从而揭示材料在上述过程中组织与性能的变化规律,客观评判或预测材料在制备或加工过程中出现的冶金质量问题,为新材料的研制及其相应加工工艺的制订提供重要的技术依据和理论指导。关键词Gleeble2000;热塑性;CCT;SH-CCT

中图分类号:T F31文献标识码:A文章编号:1671-3542(2007)04-0001-03

目前,Gleeble2000热模拟试验机已经在连铸坯热塑性试验,焊接热模拟试验,奥氏体连续冷却转变曲线和焊接热影响区连续冷却转变曲线测试等方面有着广泛的应用。这些试验为新产品的开发、成分优化、工艺参数优化等方面提供了重要的数据参考。为实际生产、产品结构调整和新产品开发做出了重大的贡献。本文主要介绍Gleeble2000热模拟试验机的系统组成、工作原理及其典型应用。

1Gleeble2000热模拟试验机

系统组成与工作原理

Gleeble2000系统主要由主机、控制柜、计算机、液压系统、真空系统、冷却水系统和空气压缩机组成。Gleeble2000热模拟试验机采用电阻法加热试样,通过液压实现对试样施力,再通过对温度、力、位移或试样几何形状等参数的测量,实现对试样热/力动态的模拟。

Gleeble2000热模拟试验机中有油温、油位和空气压力等的传感器。通过各传感器的信号产生、处理和变换,可实现对温度、力等的控制。机械系统有马达、伺服阀和空气锤上的执行阀,加热系统有可控硅SCR和加热变压器[2],如加热的过程是在1531模块上把1532送来的信号与计算机送来的设定信号进行比较处理后送出LEADING和T RAILIN G 信号到SCR驱动模块1533,在1533上经过隔离放大后送到SCR的控制极,控制导通角,进而控制加热电流,达到控温的目的。

2Gleeble2000热模拟

试验机的典型应用

2.1连铸坯热塑性试验

连铸是一种取代模铸的现代钢铁生产工艺,弧形连铸机的连铸生产工艺流程如图1所示。在连铸生产过程中,钢水通过中间包被浇注到结晶器进行强制冷却。当钢水在结晶区底部凝固形成一定厚度的坯壳后,被夹送辊向下输送到二次冷却区,在二次冷却区采用喷水或水气联合冷却,冷却强度一般分为高、中、低三个级别,采用不同的冷却强度可以调整铸坯的冷却速度。在铸坯全部凝固后,被拉矫辊夹持送入水平拉矫机进行矫直和切割,从而完成整个连铸生产过程。

热塑性是表征材料力学冶金加工性能的最重要的指标之一。研究材料的热塑性可采用热拉伸和热压缩试验,因为拉伸法比压缩法可获得更多的热塑性评定指标,所以研究钢铁在连铸二冷段和热连轧阶段的热塑性时,一般采用热拉伸法[3]。

为了制定正确的连铸工艺参数,需要研究温度、应变速率和冷却速度对断面收缩率的影响。采用Gleeble2000物理模拟试验技术进行钢铁材料连铸热塑性研究时,一般采用高温拉伸试验。峰值温度

收稿日期:2007-09-20

作者简介:刘文艳(1975~),女,工程师。研究方向:低合金高强度钢的焊接性研究。E-mail:liuwen yan2006@https://www.360docs.net/doc/1517734194.html,.

图1 弧形连铸机的连铸生产工艺流程

的选择按日本学者铃木的研究,用零强度温度减去50e 作为峰值温度[4]

。参照实际生产,变形温度选为650e 至峰值温度度之间,拉伸变形速率选择在10-2/s~10-5/s 之间,每隔50e 测一个试样。所有温度点的试验结束后,绘制温度与断面收缩率的关系曲线图,然后根据实际数据分析用插值法确定补测其它温度点,这样即可得到完整无遗漏的塑性与

温度关系。

图2 双相钢连铸热塑性温度-

断面收缩率关系曲线

图3 连铸热塑性温度-断面收缩率关系曲线

图2和图3为双相钢和某新钢种的断面收缩率与温度的关系曲线图,如果以面缩率\60%为判别依据,由此可见塑性随温度变化有几个低塑性峰值,

不同成分的钢有不同的低塑性温度区间。据此判断连铸坯在凝固后冷却过程中的热塑性性能,不同的钢在连铸二冷区间应有相应合适的矫直温度区间。连铸阶段的裂纹产生将对后续的轧制工艺与产品质量带来不利的影响,并且连铸过程复杂,因此这一领域的研究还包括峰值温度到拉伸试验温度之间的冷却速度与7的关系,峰值温度下保温时间与7的关系,拉伸温度下的保温时间与7的关系等等。对于同一钢种,在优化成分的过程中,也必须考虑到成分对高温塑性的影响,因此在工业性生产之前,也应

该通过热模拟试验方法研究不同成分含量对产品高温塑性的影响。

2.2 焊接工艺模拟及焊接性评价

Gleeble2000热模拟试验机电阻加热系统具有快速加热和冷却的特点,因此,可以进行焊接热循环过程的模拟。

焊接热影响区是指材料在焊接热源的作用下,焊缝两侧因经受热循环和应力循环的作用,从而发生组织和性能变化的区域。在热循环作用下,因焊接热影响区不同部位所经受的峰值温度不同(取决于该点与热源或焊缝的距离),可以将其划分为依次排列的熔合区、粗晶区、完全重结晶区、不完全重结晶区和回火区,各个区域的组织具有不同的特征。经焊接热循环模拟后,可以将试样进一步加工成标准试样,进行相关的性能试验,也可以将试样沿热电偶所在的横截面切开,按常规金相检验的方法对模拟焊接热影响区的组织进行观察。

焊接热循环模拟试验为新钢种成分优化和焊接工艺参数优化等方面提供了重要的数据参考与保证。通过对大线能量用钢进行大量焊接热模拟试验,以小试样代替实际焊接试验,大大缩短了试验周期,从而节省了大量人力和财力,具有重要的实际意义。

Gleeble2000热模拟试验机还可以模拟多道焊。在实际焊接生产中,多数是采用多层多道焊接,特别是厚板结构有时要焊几十层,甚至上百层。对多层焊接头,在初始焊道作用下,形成晶粒粗大的熔合区;后续焊接热循环作用下,形成一层脆化组织。由于实际焊接过程中,第二重热循环对初始焊道的组织影响较大,所以一般在Gleeble2000上进行多道焊接热模拟试验时只选择模拟二次热循环。图4为典型的二次热循环模拟工艺曲线。2.3 钢铁材料相变规律的研究

奥氏体连续冷却转变曲线(CCT 曲线)是开发

武汉工程职业技术学院学报 2007.4

研究钢种、优化成分以及制定热处理工艺或热形变工艺的重要依据。而对于焊接接头,人们最关心的是熔合线附近的热影响区(H AZ)的组织状态,一般来说,冶金行业在新钢种大量投产之前,都要建立该钢种的焊接热影响区连续冷却转变图即SH -CCT 图(Simulated H AZ Continuous Cooling T ransfor 2mation)。一方面为评定钢种的可焊性或预测焊接热影响区的组织和性能,另一方面为制定合理的焊接工艺特别是焊接线能量提供技术依据[4]。通过对不同冷却速度或不同焊接热循环的膨胀曲线测试,可以相应地得到奥氏体连续冷却转变曲线(CCT 曲线)或焊接连续冷却转变曲线(即SH -CCT 曲线)。热膨胀曲线在Gleeble2000上完成。试样在加热或冷却过程中,随着温度的变化,一方面按热胀冷缩原理试样要膨胀或收缩,另一方面当发生相变时,同样会引起试样体积的变化并释放相变热。Gleeble2000热模拟试验机的数据采集系统,以时间为同一基轴随时记录温度与试样直径的变化,通过C 应变仪测量试样直径的变化来间接地判断相变的

发生。

图4 二次热循环热模拟曲线

迄今为止,利用Gleeble2000热模拟试验机,已经为大线能量低焊接裂纹敏感性用钢、管线钢、桥梁钢、双相钢以及高性能建筑结构用钢等诸多钢种绘制了CCT 曲线以及焊接CCT 曲线,这些曲线的测定为钢种成分优化、制定热处理工艺和焊接性评价提供了重要保证。

3 结束语

Gleeble2000热模拟试验机,为新钢种成分优化和工艺与参数优化提供了重要的参考数据,为实际生产、产品结构调整和新产品开发做出了重大的贡献。今后,应该进一步密切结合新产品开发的需要,致力于设备功能的开发和试验方法的研究,使Gleeble2000热模拟试验机在轧钢、焊接、连铸等更多领域发挥更大的作用。

参考文献

[1] 王青峰,钟鄂康,蔡建华,等.Gleeble2000试验机的故障诊断

[C].2002年全国材料与热加工物理模拟与数值模拟学术年会论文集,103.

[2] 刘志军,薛秀鹃,张锐.Gleeble2000热模拟试验机疑难故障的

排除[C].2002年全国材料与热加工物理模拟与数值模拟学术年会论文集,109.

[3] 郑芳,宋红梅.Gleeble3800热模拟试验机在宝钢的典型应用

与功能开发[J].宝钢技术,2003,(5),31-34.

[4] 牛济泰.材料和热加工领域的物理模拟技术[M ].国防工业出

版社,1999:84.

Typical Application of Gleeble 2000Dynamic Thermal Machine

LIU Wenyan YUAN Guilian LIU Jibin ZH ANG Yanwen MIAO Kai

Abstr act:Gleeble2000dynamic thermal machine is one of the world's most advanced multi-purpose simulating equipments.With its help,metallurgical pr ocesses of materials experiencing ther mal and (or)force cycle in the way of certain dimension sample can be simulated dur ing preparation and machining.By simulation,law of microstructures and properties ar e shown fully.Objective judgment or for ecast on met 2allurgy quality ar e expected.Simulation tests will offer important data and theoretical guidance for the de 2velopment of new products and establishment of machining technology.

Key words:Gleeble 2000;hot ductility;CCT ;SH -CCT

(责任编辑:栗晓)

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