Gleeble热模拟实验
GLEEBLE实验1-高温强度.
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。
Gleeble-系热／力模拟系统中多轴变形单元特点及应用
丰
过 程 相似 的变 化规 律 ，这 与设 备 的加 热 与加 载 的
作 用 方式 密 不 可分 。多轴 变 形单 元 可 以实现 对 试
样 的加 热方 向与加 载 方 向互 相垂 直 ．在 进行 试 样
压 下量／ ｍ ｍ
加 热 的 过程 中 ．砧 头 并 不与 试样 接 触 而 是 与试 样 有 一 定 距离 ． 与 通有 冷 却 水 的主 轴 紧密 相 连 ， 且 可
量 ． 使坯 料 经历 １ 需 Ｏ个 以上 的轧 制道 次 。 在 多轴 变形 单 元上 应 用 的多轴 大 变形 技 术 则 的长 度方 向上加 以约束 ，保 持变 形 过 程 中试样 的
在 一 个方 向上发 生变 形 后 ，要 向另 一 个变 形方 向
动 ， 形过 程 中 的试 样形 貌 如图 ２ ｂ 。 用普碳 钢 变 （ ）选
参 考文献
图 ６ 热 顶盖 清渣 周 期 与 ０Ｂ率 的 关 系
［］新 编钢水精炼及铁水 预处理 １０ １ ５０问 ［ ． 京 ： 国 科 学 技 Ｍ］ 北 中
术 出版 社 ． ０ ７ ２０．
超 细 晶材 料 的方 法 之一 ，其 中采 用 较 多 的是 等 径 示 。
角挤压法 、 高压 扭 转 法 和 多 向锻 造／ 缩 ， 些 方 压 这
铁 素体 晶粒 细化 是 通过 形 变诱 导析 出和 铁 素 应 变 的 累积 只是 细 化 晶粒 的条 件 之一 ，一 味 追求 材 料 累积 大应 变量 。 不一 定 能获得 超 细 晶粒 。对 并 上适 当 温度 ， 较 短 的时 间 内 ， 过 连续 多次 交 替 在 通 压缩 变 形 ．使铁 索 体形 核 率 在变 形 过 程 中 急剧 升
通过 选择 、 装合 适 的砧 头组 件 ， 时 多轴 变 安 此
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-1500热模拟实验机温度伺服系统故障分析及处理
根 据上 述 的工作 原理 ， 照信号 的传 输方 向从 按
国ＤＩ 司２ Ｓ公 ０世纪 ８ ０年代 生产 的材料 动态 热 力学 测试 和过 程模 拟机 。该 实验 机 由计 算 机进 行数 据采 集 和控制 测试 ， 真 空 系统 、 与 冷却 系统 、 一个 全 电 阻 加热 系统 以及 液 压 伺 服 机 械 系 统 等 构 成 有 机 的整 体 。广泛运 用 于冶 金 领域 的科 研 和开 发 ， 能 简 便 它 地再 现热加 工工 艺过程 并 且给 出测 试数 据 。该仪 器 在攀 钢科研 工作 中发 挥重 要作 用 ， 解决新 产 品 、 工 新
检仪恢复 正常显示 。对 于电容器等元器件 老化情
况， 要定 期检 查 ， 可提 高仪 器运 行 的可靠 性 。
Ｇ ＥＢＥ ５ ０热 模拟 实 验机 温 度伺 服 系 统 故 障分 析 及处 理 ＬＥＬ一 ０ １
唐 军
（ 攀枝 花钢 铁 研究 院 摘 要
四川攀 枝花
６ ７０ ） １ ０ ０
维普资讯
使用与维修
故 障三 ： 检仪通 电后 有 时能 显示 有 时不能 显 示 巡
根据 电路 原 理 分 析 ， 断可 能 是 内部显 示 线 路 判 板接触 不 良， 经打 开 仪 表 ， 查 内部 线路 连 接器 ， 检 未 发现 明显缺 陷 ， 上 电源 后 ， 发 现 仪 表 显示 正 常 ， 通 又 然后进 行接触 不 良试 验 ， 有 发 现 异样 现 象 。通 电 没 ８， ｈ 还是 正常 显示 ， 而 到 第 二 天早 晨 开机 ， 表 又 然 仪 不 能显示 ， 怀疑 是 电源板 有故 障 ， 打开仪 表后 接 通 电
元进行实时跟踪显示 ）再通过 １３ ， ５３单元对可控硅 发出 触发脉冲控制信号 ， 最后经过 降压变压器二次线 圈对试
热模拟实验一系列方案
热模拟实验一系列方案一、实验目的采用Gleeble-3500 试验机对试验钢在不同温度和应变速率下进行热压缩变形试验1.测试了试验钢的真应力-真应变曲线；2.对高温形变奥氏体晶粒进行金相观察；3.结合试验钢真应力-真应变曲线特征参数和组织观察结果，分析动态回复和动态再结晶行为的发生条件和演化过程；4.建立试验钢奥氏体的再结晶图，并计算试验钢的再结晶激活能，建立其动态再结晶动力学模型。
二、实验试样（1）试验材料为25CrMo4（2）由初始时Φ40mm的圆棒锻造成Φ20mm，锻造最低温度不得低于950℃，以保证在锻造过程中工件内部不产生微裂纹，便于后续机加工，随后在650℃时保温1小时左右。
（3）经过车床，最终切削为Φ10mm×18mm压缩试样，试样尺寸如图3-1所示。
图 1 热压缩试验的试样尺寸（4）试样备注：试验中采用在试样两端面处涂润滑剂加厚度为0.1mm钽片，主要起隔离与润滑作用。
（5）试验后取淬火试样沿径向中心线剖开，经不同粒度砂纸磨制，抛光后用饱和苦味酸+ 海鸥洗头膏水溶液腐蚀，将腐蚀液置于60℃的恒温水浴炉中，然后在金相显微镜下观察原始奥氏体晶粒的大小。
三、实验方法（一）单道次热压缩试验为了了解试验钢在特定变形条件下的流变行为，用Gleeble-3500热模拟机进行单道次轴对称热压缩实验。
考虑到CWR工艺轧制温度较高，且工件在连续大变形内一次成形，内部承受复杂多向应力，因此选取具有代表性、能涵盖CWR 轧制特点的几种热工艺规程进行试验。
(1) 动态再结晶流变曲线工艺a: 实验目的：不同应变速率下的真应力—真应变曲线b: 试验方法： 在确定动态再结晶(Dynamic Recrystallization ，简称DRX )流变曲线时，每一试验的试样首先被加热到特定温度1200℃并保温一段时间。
待奥氏体原始晶粒尺寸均匀化后，降低到不同变形温度1100、1050、1000、950、900℃，在三个数量级0.01、0.1、1.0、10s -1的变形速率下，统一变形到真应变0.6。
3800热模拟机
《计算机在材料科学中的应用》课程作业Gleeble3800热／力学模拟试验机综述Gleeble3800热／力学模拟试验机综述热／力学模拟试验机在多个领域都有着广泛的应用，如压力加工、焊接、铸造、热处理和新材料研制等领域。
Gleeble3800热模拟试验机在美国DSI公司生产的Gleeble3000系列中功能最强大，配有通用单元和液压楔单元，两者共用一个主机，可以方便的进行转换。
液压楔单元拥有一个与主液压源同步的液压楔(Hydrawedge)，主要用来做压缩试验，尤其是高速的单／多道次、大变形的轧制过程模拟。
除此而外的其它试验均可在通用单元上完成。
1 Gleeble3800热模拟试验机的主要技术参数和特点1.1 Gleeble3800主要技术参数(1)最大载荷：拉伸98kN，压缩196kN；(2)最大冲程速度：2000mm／s；(3)最小冲程速度：0.01 mm／s；(4)最高加热温度：1700℃(与所用热电偶丝类型有关)；(5)最大加热速度：l0000℃／s(Φ4~6×15mm)；(6)最大控制冷却速度：Φ6×15mm，l000℃时为140℃／s，800—500℃时为78℃／s；(7)强制冷却：采用高压空气和雾化水。
1.2 Gleeble3800的特点(1)更适合于快速多道次的模拟；(2)采用电阻加热，升温速度快，热效率高；(3)控制方式采用全数字闭环控制，力、温度控制精度高；(4)压缩加载能力最大20t，可以使用更大尺寸的试样、变形更高强度的材料，如不锈钢等特殊钢和超强合金以及变形能在更低的温度进行，研究高温大压下的轧制工艺。
2 Gleeble3800热／力学模拟试验机的构成Gleeble3800主要包括：加热系统、力学系统、数字控制系统等。
它能对力、应力、应变、位移和温度等参数实时监测。
2.1 Gleeble3800的加热系统Gleeble3800独创的电阻加热系统能以10000℃／s的速度加热试样，或保持不变的稳态温度。
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；
Gleeble热模拟试验机设备组成介绍--上交大
1.1.2 冷却系统 在保证试样升温的同时，必须通过内循环的冷却水以保证其他部位不会温度过高。 1.1.3 淬火系统 当对试样的冷速要求不高时，可以通过试样两端夹具热传导制冷。如果对冷速要求更高时， 需要使用冷却气、水、气水混合对试样强制冷却. 但需要指出的是只有部分试验能采用淬火 系统装置。 1.1.4 液压系统 提供稳定的液压，配合伺服系统和油缸、阀门完成位移、力值等的变化 1.1.5 真空系统
一、仪器设备基本构成 专用名词： Specimen：样品、试样。实验研究对象。 Grip：夹持试样的夹具。根据不同需求可以做成各种大小、形状。 Jaw：机械装置。Grips 夹持试样后装入 Jaw 中，实现对试样的操作。 MCU：Mobile Conversion Unit。移动单元，功能各异。将液压、电、水、真空、控制等试验 所需集合为一体，装载在有轮子的机架上，可以随时与主负载单元组装和拆分。几个单元之 间相互更换，配合主机进行不同类型的试验。 1、热模拟机基本构成 热模拟机主要包括： 辅助系统:加热、冷却、淬火、机械液压、真空等各个系统，保证正常的实验环境 控制系统:负责对所有部件的控制和同步 数据系统:各种测量系统，负责不同变量的实时监控 用户操作界面:包括桌面电脑，控制柜等。用户可以直接操作设备、编程，和数据分析处理 等
是 C‐Gauge 的 10 倍左右。所以 CCT 膨胀计可以轻松地捕捉膨胀信号。然而，考虑到 CCT 的 测量范围小，使用 CCT 测量变形时的相变时，必须考虑直径变化范围。 1.3 用户操作界面 1.3.1 用户编程 QuikSim 是面向用户的编程界面，通过这个界面，可以很轻松地进行 Gleeble 编程和控制。 QuikSim 提供三种编程方法。 表格编程：电子表格形式的编程环境，也是 Gleeble 最普通的编程方式。 变形控制编程：（HDS），多用于液压楔，用于连轧等多道次轧制的控制编程 焊接热模拟编程：（HAZ），用户焊接模拟时，热循环曲线的控制编程。 Gleeble 脚本编程：（GSL），弹性较大，直接面向机器的语言 同时，QuikSim 还提供了控制系统和数据分析软件之间的转换，使得实验过程更加流畅。 1.3.2 数据处理软件 Origin 是 Gleeble 系统的数据处理软件。Origin 提供了很多数学模型，这些模型使得数据分析 更加快捷。比如其中的 Lab‐Talk 语言，可以自动分析模拟中的特征点。Origin 可以载入每次 测试的数据，并且快速产生任意区域的样点曲线，允许对每个测试点快速浏览。同时 Origin 还可以生成精美的曲线或图形文件。 此外，DSI 还以 Origin 为基础，研发了 CCT 软件，专门用于 CCT、TTT 等相变点相关的数据 分析。 1.3.3 控制柜 控制柜下方的诸多按钮，可以实现设备的开启、关闭、急停、液压、真空、空气锤、淬火等 基本操作。 控制柜上方的显示屏可分为四部分。第一部分滚动显示所有系统信息，系统错误或操作错误 时（如热电偶极性相反），也会在此窗口显示。第二部分显示温度、压力、位移等信息。第 三组数据显示系统状况如真空值、真空泵工作状态、加热能量变化等。第四组窗口显示安全 相关的信息，如水流、外围设备连接、试验腔体的安全。任何一项数值指标为红或者黄时， 系统均不能正常工作。 显示屏两边是 10 个可调的 VPM（Virtual Panel Meters）旋钮。VPM 位于控制柜上方面板， 既可以显示实时的实验信息，可以根据需要手动调节 VPM 数据。VPM 显示数据类型如 STROK、FORCE、C‐GAUGE、WEDGE、JAWS、CONTROLTEMP、MACHMODE、L‐GUAGE 等。 2、主要单元及功能、设备极限参数 2.1 工控柜 立式的工控机是整个系统的核心，控制整个系统负责设备开/关、拉/压等所有的基本操作。 用户在桌面电脑编程后传送到工控机，由工控机发出执行指令控制各个单元，确保了整个设 备的可靠运行。并收集各个感器同步数据、反馈回桌面电脑。 2.2 负载单元 Load Unit 主机负载单元。主要负责机械执行、安全保护、循环水分配和电力供应。 2.3 通用单元 Pocket Jaw MCU 可以进行焊接、普通拉/压、相变点研究、熔融态相关、应变等的基本试验，最常用的 MCU 单元。 2.4 液压楔单元 Hydrawedge MCU,液压楔移动单元。用于应变速率较快的单道或多道次压轧。常用于进行轧 制模拟、流变应力、应力应变曲线等的研究。需要进行相关试验时，先把通用单元拆下，装 上液压楔 2.5 外围辅助单元
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• 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；
Ⅱ区（1200～900℃）：此时钢处于奥氏体状态。由于结晶过程 中硫、磷以及氧化物等杂质在奥氏体的晶间析出，提供了晶界空 洞的形核源，而导致塑性下降；
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
最大 1000mm/s 位移速度 最小.000017
mm/s
最大 2000 mm/s 最小 0.01 mm/s
最大 100 mm/s
最大 1000 mm/s 最大 2000 mm/s 最小 0.01 mm/s 最小 0.01 mm/s
当Sn≤0.021%时，对20CrMnTi钢的热塑性影响较小。
④电子探针（EPMA）检测
图5 试样C的EPMA 晶界Sn含量检测
表2 试样C的EPMA 定量检测结果（质量分数，%）
点数 基体 晶界
1 0.069 0.095
2 0.045 0.102
3 0.055 0.108
4 0.061 0.086
最小 保持温度恒 最小 保持温度恒 最小 保持温度恒
定
定
定
冷却速度
最大 140℃/s 急冷 10000℃/s
最大 140℃/秒 急冷 10000℃/s
最大 140℃/s 急冷 10000℃/s
最大 140℃/s 急冷 10000℃/s
最大 140℃/秒 急冷 10000℃/s
最大载荷
拉速/压缩 8.1t 动态载荷 5.4t
• 试样尺寸：Gleeble高温拉伸试样尺寸一般有直径Φ10mm和 Φ6mm两种，长度为大于90mm的不定值，可根据实际需要改变。 典型的Gleele-1500高温拉伸试验尺寸如下图所示。
1.5×45°
0.5
φ 10 M10
10
10
120
gleeble-1500高温拉伸试样尺寸
• 热历程曲线：通过设计和控制不同的热历程曲线， 可以有效模拟测试不同热加工态下材料的高温性能 。
Ⅲ区（900～600℃）：此时脆性是由于先共析体薄膜的形成，以 及这种析出导致基体（晶内）强化和晶界的滑动，此时，脆性伴 随应变速率的提高而增加。
（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。
• 可对金属材料的铸造、成形、热处理及焊接工 艺等各个制备阶段的工艺与材料的性能进行精 确的模拟与测试。
（2）工作原理（以Gleeble-1500为例）
• Gleeble系统主要有：加热系统、机械系统、计算 机数字控制系统三大部分组成；
• 两个伺服闭环回路：加热系统伺服闭环回路、力 学系统伺服闭环回路。
（4）Gleeble应用范围 （包括但不局限于以下几个方面）
1、材料测试
●高/低温拉伸测试 ●高/低温压缩测试
○单轴压缩 ○平面压缩 ○应变诱导裂纹（SICO） ●熔化和凝固 ●零强度/零塑性温度确定 ●热循环/热处理 ●膨胀/相变，TTT/CCT曲线 ●裂纹敏感性试验 ●形变热处理 ○应变诱导析出 ○回复，再结晶 ○应力松弛析出试验 ○蠕变/应力破坏试验 ●液化脆性断裂研究 ●固/液界面研究
Gleeble－1500热/力模拟试验机
Gleeble
模 拟 机 结 构 方 框 图
两个伺服闭环回路
力学系统伺服闭环回路
加热系统伺服闭环回路
实现载荷控制、位移控制和应 变控制
实现温度的精确测量
（2.1 ）加热系统
Gleeble 1500的加热系统主要由：加热变压器、温度测量与控 制系统、冷却系统三部分组成。
（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 ； 软件：一是Gleeble语言编程及操作控制软件；
5 0.054 0.131
6 0.038 0.098
7 0.027 0.119
8 0.04 0.136
9 0.023 0.07
10 0.037 0.136
平均 0.045 0.108
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；
• 当Sn≤0.021%时，对20CrMnTi钢的热塑性影响较小，可认 为对该钢种热塑性产生明显影响的临界Sn含量为0.021%。
●固液两相区材料变形行为 ●热疲劳，热/机械疲劳
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）
9.2 钢的高温力学性能测定
（1）Gleele高温拉伸试验
0.19 0.26 1.08 0.020 0.005 1.08 0.09
Sn 0.004 0.021 0.049
图 Gleeble-1500高温拉伸实验工艺
②试验结果 热塑性与热强度
图 试样面缩率与温度关系 • 温度大于1000℃，三条曲线比较接近，其热塑性均较好。 • 温度小于1000℃特别是在950~800℃之间，随Sn含量增加，热塑性明显降低 • 在相同温度下，随Sn含量增加，热塑性明显降低。
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。
9.1钢的高温力学性能及相变测试实验设备
Gleeble热/力学模拟机简介及其工作原理
（1）简介
Gleeble热模拟试验
• Gleeble 是一部动态试验机，它能模拟金属材料 在热加工过程中的行为，简便地再现金属材料 的热加工现象。
• Gleeble在模拟与测试过程中能够控制不同速度 的升降温、不同速度的拉压扭变形，同时记录 测试区中的温度、力、应变、应力等参数的变 化。
• 发现钢样的奥氏体晶界和基体的平均Sn含量分别为0.108% 和0.045%，说明950℃下Sn在奥氏体晶界有明显偏聚，因
而降低了热塑性。
9.3 Gleele高温压缩试验
Gleeble高温压缩试验通常有：圆柱体单向压缩试验 、平 面应变压缩试验 、以及其多道次压缩试验。 9.3.1 圆柱体单向压缩试验 • 圆柱体单向压缩试验通常来测定材料的变形抗力，评估材料的
-- 抗拉强度：由每个试样拉伸试验曲线上读出最大的拉力值，再根 据下式计算试样抗拉强度σb。
b
4F
D02
式中 σb—抗拉强度，N/mm2； F —拉伸过程中拉力的最大值，N ； D0—试样原始直径，mm 。
• 试验温度：通常将熔点Tm～600℃之间分为三个温度区间进行研 究，Ⅰ区：Tm～1200℃、Ⅱ区：1200～900℃、Ⅲ区：900～ 600℃。
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。
图2-1 热拉试样尺寸
试样 A B C
表 试验用齿轮钢20CrMnTi的化学成分(质量分数，%)
C
Si
Mn
P
S
Cr
Ti
0.18 0.28 1.08 0.020 0.010 1.11 0.10
0.19 0.27 0.85 0.018 0.005 1.13 0.07