Gleeble 3500热机模拟试验仪的介绍
用Gleeble3500测塑性功转热系数的研究
第 １期
河 北联合大 学学 报 （ 自然科 学版 ） Ｊｕｎｌ ｆ ｂｉ ｎｔｄＵｎｖｒｉ Ｎ ｔｒｌ ｃ ｎｅＥ ｉｏ ） ｏ ｒａ ｅ Ｕ ｉ ｉｅｓｙ（ ａ ａ Ｓｉ ｃ ｄｉ ｏ Ｈｅ ｅ ｔ ｕ ｅ ｔｎ
Ｖｏ． ４ Ｎｏ １ １３ ．
２１ ０２年 １ 月
一
案 Ｃ 冷却到 ９０ｏ 的时候保温 １ｓ立即停止加热立 即压缩 。压缩速率为 ｌ／ ， ： ０ Ｃ ０， Ｏ ｓ压缩量为 ８ ｍ， ａ ｒ 期间采集 的 数据有：Ｃ ，Ｃ ，ｒ ｎｓｅｓ ， Ｔ １Ｔ ３ ｓａ ，ｒ 等 查看变形过程中 Ｔ １ ｔｉ ｔ ｓ Ｃ 以及 Ｔ ３ Ｃ 所采集的温度变化 ； 方案 Ａ中 Ｔ １Ｔ ３ Ｃ ，Ｃ 分 别为正常焊接的热 电偶检测的温度和非标准焊接的热电偶检测的温度 ； 方案 与方案 ｃ中 Ｔ １ Ｃ 为正常焊接 的热 电偶检 测 的温 度 ；ｒｉ，ｒｓ 分别为应 变与应 力 。 ｓａ ｓｅｓ ｔｎ ｔ
造成的温度变化； 为试样内外温度梯度造成的温度变化值 ； Ｔ 为塑性功转化成热导致的温度变化值 ； ｄ ａ， ｄ 为试样接触面积变大导致的温度变化值。 由（ ） １式可计算塑性变形导致的温度变化量 ， ｄ ， ｄ 取代公式（ ） 即： 用 ２ 中的 △ ］求得转化系数。 ，
叼 ＝ｐＡＴ Ｗ ｃ ／ （） ２ 式中， 叩为功热转化系数 ； 为塑性功转化成热导致 的温度变化值 ； 为试样在该条件下的比热容 ； △ ｃ Ｐ
收稿 日期 ：０ １ ５１ ２ １－ —１ ０
第１ 期
李红斌 ， 用 Ｇｅｂ ３０ 等： ｌ ｌ ５０测塑性功转热系数的研究 ｅｅ
一
１ １
关键词 ： 塑性 功 ； 转化 系数 ； ｌｅｌ ５ ０ 热能 Ｇｅｂｅ ０ ； ３
Gleeble3500数控热机模拟试验系统
第24卷第5期2006年9 物理测试 Physics Examination and TestingVol.24,No.5 Sep.2006作者简介:胡克迈(1955),男,大学本科,高级工程师; E 2m ail :hukemai @ ; 修订日期:2006201205G leeble 3500数控热机模拟试验系统胡克迈[天津钢管(集团)有限公司技术中心,天津300301]摘 要:本文概述了G leeble 3500数控热机模拟试验系统的特点、功能及主要应用。
关键词:G leeble ;QuikSim ;模拟;试验中图分类号:T G 111 文献标示码:B 文章编号:100120777(2006)0520034203Digital Controlled G leeble 3500Therm al 2mechanical T esting SystemHU Ke 2mai[Technology Center of Tianjin Pipe (Group )Corporation ,Tianjin 300301,China ]Abstract :The performances ,f unctions and main applications of digital controlled G leeble 3500thermal 2mechanical testing system are compendiously presented in this article.K ey w ords :G leeble ;QuikSim ;simulating ;testing Gleeble 3500热机模拟试验系统是一套主要用于金属材料热变形行为机理及其它物理冶金研究的、以计算机控制为基础的机电一体化大型精密实验设备。
它通过对小型金属试样在不同受热、受力条件下变形(或变态)行为的模拟实验,为金属材料的物理冶金研究及科研开发提供既揭示微观机理,又指导实际工艺的分析资料,从而大大缩短新材料、新工艺的开发周期,降低开发成本。
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 3500热机模拟试验系统中的数控热扭转单元
扭转单元 ， 营造“ 复合变形
的试验环 境 ， 为模拟 、 分析 和研 究材 料在 实 际热加工 工艺 ， 尤其是热轧 无缝钢管 的穿 轧等工艺 中所 发生 的 各类 复杂 的受力 与变形状态及 过程 ， 搭建 了十分便利
的平 台。
２ 热机模拟试验中单轴拉、压变形的应用特点与
局 限
金属 材料 的热 塑性 变形 是冶 金产 品制造 的 主要
工艺手段 之一 。在这一 过程 中 ， 材料 的变形程度 既考
态、 热加工 塑性等 性能 或参数 ， 以及在 不 同热轧 制模 拟 条件下变 形时 和在其 后时 域 中的动 静态组 织 与结 构变化规 律的测定与研 究 。同其它试验 型式相 比。 该 方法具 有 可在无外 摩擦 影响 和易 于控 制等优 势条 件 下获得大变形的特点 ， 因而用途广泛 。 简单 的扭转 试验 过去 尽管 也 曾一直 在各 种不 同 的相应设备 上进行 ， 由于技术及装备 的双重 限制而 然
达到一 定量值时试样便会 发生不 同程度 的颈缩现象 ， 加剧 了材 料变形 的分 布不 均 ，严 重影 响测试 的准 确
星 年 固 总第 ｃ ｃ ＠ 第期 ００ 母 期
性失稳表现并不敏感 。③ 仅需 简单地对扭转试样 的一 端施 加一 个相对 于另 一端 的扭力 并使 之 以恒角速 度 旋转 ， 便可在试样上任 一给定 的环状 区域获得恒定 的
关键词 材料
１ 引言
试样
模拟
扭转
塑性 变形 试验 Ｇ ｅｂ ５ ０热机模 拟试验 系统在其模 块化结 构 １ ｌ ３０ ｅｅ 设计 中囊括 了较 完备 的热扭 转试 验功能 ， 过系统所 通 配 置的轨道插入 式 ， 替换组 合联接 的液压伺 服数控 热
Gleeble-3500热／力模拟压缩试验若干问题的分析与处理
Gleeble-3500热／力模拟压缩试验若干问题的分析与处理孙胜英【摘要】Gleeble--3500型热／力模拟试验机在更换液压楔进行压缩试验时易出现应变速率、应变量达不到程序设定的要求以及试样变形不均匀、鼓形等问题，对此进行了分析和处理。
结果表明：通过采用调整试样夹持力、充入氩气保护气体、修改变形程序、保证砧子和试样之间的良好润滑等改进措施可以解决以上问题。
%There have been some problems of Gleeble--3500 thermal analogue when replacing the hydraulic wedge for compression test including that the strain rate and strain capacity could not meet the requirement of set-up procedure, and the specimen appeared inhomogeneous deformation and drum sharp. The above problems were analyzed and handled. The results showed that the matters can be improved by adjust the force between the jaws and the specimen, fill the argon protect air in the work cavity, modify the deformation procedure and keep suitable lubricant at the interface between the anvils and the specimen.【期刊名称】《理化检验-物理分册》【年(卷),期】2012(048)007【总页数】3页(P452-453,467)【关键词】Gleeble--3500热／力模拟试验机;热模拟压缩试验;应变速率;变形【作者】孙胜英【作者单位】邯郸钢铁集团有限责任公司技术中心,邯郸056015【正文语种】中文【中图分类】TH871Gleeble-3500热／力模拟试验机是一套具有金属材料热加工物理性能测试及过程模拟的热／力模拟分析系统，通过它对小型金属试样在不同受热、受力条件下进行变形或变态行为的模拟试验，可在实验室内进行工艺优化及性能研究，再将结果数据应用到实际生产现场中去，这将大大降低新材料、新工艺开发的成本，提高效率，缩短开发周期，因此它是一套重要的物理性能研究设备［1］。
邯钢Gleeble -3500热模拟试验机的应用
邯钢Gleeble -3500热模拟试验机的应用
孙胜英;王江华;梁荣;李柏涛
【期刊名称】《河北冶金》
【年(卷),期】2012(000)007
【摘要】Gleeble - 3500热模拟试验机可用于金属材料的动态热力学测试和过程模拟,通过选配适当的测试单元,可以进行系列热模拟试验.Gleeble - 3500热模拟试验机在邯钢的新产品和新工艺研发中解决了很多技术难题,降低了研发成本,缩短了研发周期.
【总页数】3页(P59-61)
【作者】孙胜英;王江华;梁荣;李柏涛
【作者单位】河北钢铁集团邯钢公司技术中心,河北邯郸056015;河北钢铁集团邯钢公司技术中心,河北邯郸056015;河北钢铁集团邯钢公司技术中心,河北邯郸056015;河北钢铁集团邯钢公司技术中心,河北邯郸056015
【正文语种】中文
【中图分类】TG115.21
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3.Gleeble 3800热模拟试验机在宝钢的典型应用与功能开发 [J], 郑芳;宋红梅
4.热模拟试验机Gleeble-3800在新钢的典型应用 [J], 潘津;吴京东;李慧颖;张亚君
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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；
Gleeble3500功能详解
Welding Simulation
No cracks, 1050C, 0.41, 3/s, Bottom layer
Some cracks, 1050C, 0.41, 3/s, Top layer
Many cracks, 1050C, 0.41, 3/s, Bottom layer
© 2014 Dynamic Systems, Inc.
© 2014 Dynamic Systems, Inc.
Gleeble Specimen Thermal Profiles
Axial Thermal Gradient Control
1200
1000
Temperature (°C)
800
Hot Grips
600
Half Contact Grips
Full Contact Steel Grips
400
Full Contact Copper Grips
AISI 1080 Steel
200
1Байду номын сангаасmm Diameter Round
Specimen
-20 -15 -10 -5 0 0
51
1
2
Free Span (mm) 0
© 2014 Dynamic Systems, Inc.
3.采用HAZ（热影响区）软件进行HAZ模拟
试样：11mm方碳钢棒，71mm长，10mm自由跨度（夹块间距离 ），使用全接触铜夹具
过程：采用HAZ软件形成一个峰值温度为1100°C的HAZ热循环 ，示范运行HAZ模拟时HAZ软件的使用。数据采集系统记录温度 时间曲线，并绘制打印温度时间数据。
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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Biblioteka 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
100
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
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
L
Temperature
热成形过程模拟
Gleeble 3500热机模拟试验仪的介绍
提 纲
1.什么是Gleeble物理模拟 2.Gleeble-3500系统简介 3.Gleeble物理模拟技术在材料领域的运用概述 4.Gleeble物理模拟技术在钢铁材料领域的运用 5.Gleeble物理模拟技术运用的新进展
什么是Gleeble物理模拟
1.借助于模拟装置； 2.利用缩小的试样； 3.再现受热/受力过程； 4.揭示组织与性能的变化规律； 5.优化工艺、保证质量。
Gleeble-3500系统简介
Hi-speed resistant heating Hi-speed compression and tension Accurate, Dynamic, Flexile, Versatile Provided or self-designed Grips and dies Vacuum Tank Quenching ……………………
Water out
Water out
焊接过程模拟
热裂纹敏感性评价
焊接过程模拟
冷裂纹敏感性评价—最高硬度法
铜夹具
硬度测定线
热电偶
图2. 模拟HAZ硬度测试线及温度分布示意图
B
图2.
1400
1200
Y Axis Title
1000
800
600
400 -6 -4 -2
温度分布 0
X Axis Title
(b) in-situ melted, and reheated
(c) reheated
Time
连铸过程模拟
铸坯热塑性试验
连铸过程模拟
连铸坯拉矫热塑性曲线
III
90
II
I
Ductility (%)
75
60
45 300 600 900 1200 1500
Tem perature (癈 )
连铸过程模拟
100 90 80 70 60
Force (kN)
50 40 30 20 10 0 0.0
RECOMMENDED OPERATING REGION
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
2.0
Stroke Velocity (m/s)
DSI-YSU JOINT LAB
Involved in basic materials studies by dealing with:
2
4
6
焊接过程模拟
脆断倾向评价和焊接工艺优化
CCT/SHCCT图的建立
热膨胀试验装置
CCT/SHCCT图的建立
CCT测试奥氏体化条件
1000 950 CX300s 0.2℃ /s 0.5℃ /s 1.5℃ /s 3.0℃ /s 5℃ /s 8℃ /s 10℃ /s 15℃ /s 20℃ /s 25℃ /s 30℃ /s 50℃ /s
Using the ISO - TTM Anvils
TMCP过程模拟
单轴压缩均匀变形的实现
TMCP过程模拟
单轴压缩均匀变形组织
10 mm dia. specimen after 60% reduction at 1000oC (x100)
TMCP过程模拟
TMCP加速冷却的实现
TMCP过程模拟
温度梯度对断面收缩率的影响
10 mm dia. tensile bar pulled at 50mm/s at 1000C
热成形过程模拟
应变诱导裂纹张开（SICOTM）试验
热成形过程模拟
SICOTM 试验方法
热成形过程模拟
SICOTM与 热塑性试验方法的比较
17-4PH duplex stainless steel
材料热/机械加工性能实验
热拉伸性能 / 高温强度/热塑性/超塑性 单轴热压缩性能/流变应力曲线 平面应变热压缩性能 热机械疲劳 高温蠕变/应力松驰
平面应变断裂韧性/CTOD 动静态 CCT / CHT / TTT/PPT/SHCCT 焊接性 / 裂纹敏感性/淬硬脆断倾向 ……
Controlled Melting / solidification Transformation / Precipitation Recrystallization / Recovery Work Hardening / Softening Plasticity / Super-plasticity Ultra-Fine Grain Materials Bulk Nanometer Materials
4.Gleeble物理模拟技术在钢铁材料领域的运用
连铸过程模拟 TMCP过程模拟 热成形过程 焊接过程模拟 CCT/SHCCT图建立
连铸过程模拟
连铸过程模拟
薄板坯连铸过程模拟
连铸过程模拟
铸坯拉矫过程模拟
Melting Melting
Temperature
(a) in-situ melted, solidified and tested
O
800
T/ C
600
O
400
200
0
0
100
200
300
400
500
600
700
800
t/s
CCT/SHCCT图的建立
SHCCT测试奥氏体化条件
1400 1200 1000 800 600 400 200 0 0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300
…………………… metals and alloys structural ceramics super hard materials glasses and polymers composites and others …………………………
Since 2002
Hi-speed R.heating Hi-speed moving Grips and dies Vacuum Tank Quenching Accurate, Dynamic Flexile, Versatile. ………………… …
连铸工艺图
TMCP过程模拟
TMCP工艺
TMCP过程模拟
采用
ISO-T TM 压头的单轴压缩变形
Graphite Foil
Anvil Base
Specimen ISO -T TM Anvils Anvil Base Temp
Free Span Schematic Setup of Isothermal Flow Stress Testing
Strong links to industries by carrying out: Process simulation and quality analyses Training and technical exchange R. & D. on new products ……………………
物理模拟技术的运用领域
材料基础研究
材料性能实验
材料加工过程模拟
材料基础研究 熔化 /凝固 固态相变 / 临界点/等温转变/连续冷却转变
沉淀相粒子行为/析出/粗化/回溶
加工硬化 /软化 形变组织的动静态回复 /再结晶 材料热塑性/超塑性 组织细化/超细晶和纳米晶块材 裂纹敏感性 热膨胀与热收缩行为
热/机械加工过程模拟
铸造 /连铸 半固态加工 TMCP (轧制、锻造、拉拔……) 焊接:电弧焊和高能束焊焊接热循环 过程、热裂纹敏感性评价、冷裂纹敏感 性评价、淬硬脆断倾向评价、焊接工工 优化。 扩散连接
热/机械加工过程模拟
热处理过程 (淬火、正火、退火、回火、 临界热处理、循环热处理 ...) 板带退火 粉末冶金 / 固相烧结、液相烧结、热 压成型、高压成型... 蔓延燃烧合成 ....