GLEEBLE實(shí)驗(yàn)1-高溫強(qiáng)度.

1、GLEEBL實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)一 金屬材料高溫強(qiáng)度的測(cè)定一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1) 了解典型金屬材料的高溫強(qiáng)度與塑性及其隨溫度的變化規(guī)律。(2) 掌握用材料加工物理模擬設(shè)備即動(dòng)態(tài)熱 - 力學(xué)模擬試驗(yàn)機(jī) Gleeble3500 測(cè)定材料抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和塑性的原理。(3) 掌握 Gleeble 3500 試驗(yàn)機(jī)的簡(jiǎn)單操作與編程并了解其一般應(yīng)用。(4) 測(cè)定不同鋼種如 20、45、40Cr 和 1Crl8Ni9 不銹鋼的拉伸強(qiáng)度及其塑性 隨溫度的變化并進(jìn)行比較；測(cè)定并分析變形速度對(duì)強(qiáng)度的影響規(guī)律。二概述材料的力學(xué)性能在科學(xué)研究和工程應(yīng)用中具有非常重要的作用。 例如，數(shù)值 模擬研究必須以力學(xué)性能為依據(jù)；負(fù)載結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

2、和材料熱加工工藝方案 ( 如焊 接、鍛壓、熱處理、表面改性等工藝 ) 的制定必須以力學(xué)性能為基礎(chǔ)等等。溫度 對(duì)材料的力學(xué)性能功能影響很大。 高溫強(qiáng)度和塑性是材料高溫使用和熱加工時(shí)需 要考慮的重要力學(xué)性能指標(biāo)， 了解其測(cè)試方法及其隨溫度的變化規(guī)律， 是對(duì)高溫 結(jié)構(gòu)材料進(jìn)行科學(xué)研究和應(yīng)用的基礎(chǔ)。 本次實(shí)驗(yàn)主要研究金屬材料高溫短時(shí)拉伸 的力學(xué)性能。金屬材料如鋼材的強(qiáng)度和塑性由基體組織類型 (如馬氏體M鐵素體F,珠光 體P,貝氏體B,奧氏體A)、晶粒大小、基體強(qiáng)化類型(固溶強(qiáng)化和彌散強(qiáng)化)， 以及與此有關(guān)的加工變形程度、 熱處理?xiàng)l件等決定， 因此， 不同類型的金屬及其 合金的強(qiáng)度和韌性及其隨溫度變化的

3、規(guī)律存在明顯區(qū)別, 一般來(lái)講, 材料按高溫 強(qiáng)度由低到高的排列順序?yàn)椋禾妓劁?低合金鋼,高合金鋼,不銹鋼,鎳基高溫 合金。金屬力學(xué)性能指標(biāo)一般按金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)方法 (GB/T228-2002) 和金 屬材料室溫拉伸試驗(yàn)方法 (GB/T4338-1995) 進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試數(shù)據(jù)全面, 但較繁瑣。 本實(shí)驗(yàn)用動(dòng)態(tài)熱 -力學(xué)模擬試驗(yàn)機(jī) Gleeble 快速測(cè)定金屬材料的高溫強(qiáng)度。動(dòng)態(tài)熱- 力學(xué)模擬試驗(yàn)機(jī) Gleeble3500 測(cè)定材料高溫性能的原理如下：用主 機(jī)中的變壓器對(duì)被測(cè)定試樣通電流, 通過(guò)試樣本身的電阻熱加熱試樣, 使其按設(shè) 定的加熱速度加熱到測(cè)試溫度。 保溫一定時(shí)間后, 通過(guò)主機(jī)中的液

4、壓系統(tǒng)按一定 的加載速率給試樣施加載荷使其變形, 直至試樣斷裂。 由于試樣兩端由通水的冷 卻塊夾持, 冷卻快, 所以整個(gè)試樣在加熱和保溫過(guò)程中存在一定的溫度梯度, 中 間段溫度高，但當(dāng)試樣足夠長(zhǎng)(90120mm時(shí)，熱電偶檢測(cè)的中間部位約有 818mm長(zhǎng)度的均溫區(qū)，這樣就能保證試樣斷裂發(fā)生在試樣的中間部位， 且測(cè)試所 有強(qiáng)度能與檢測(cè)溫度對(duì)應(yīng)。 斷面收縮率可以通過(guò)測(cè)定室溫時(shí)的斷面面積， 并與原 始截面面積進(jìn)行比較而獲得。在材料種類和熱處理狀態(tài)一定的情況下， 高溫強(qiáng)度除受溫度影響外， 還與加 載速度有直接關(guān)系。一般情況下，加載速率即變形速度越快，強(qiáng)度越高。 動(dòng)態(tài) 熱-力學(xué)模擬試驗(yàn)機(jī) Gleeble3

5、500 的簡(jiǎn)介見附件。三. 實(shí)驗(yàn)儀器和材料1. 動(dòng)態(tài)熱 - 力學(xué)模擬試驗(yàn)機(jī) Gleeble35002. 熱電偶電阻焊設(shè)備 1 套3. 熱電偶絲若干4. 20 鋼等試樣四實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟1. 實(shí)驗(yàn)前了解了解 Gleeble 3500 動(dòng)態(tài)熱 - 力學(xué)模擬試驗(yàn)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)與功 能，學(xué)習(xí) Gleeble 3500 試驗(yàn)機(jī)的簡(jiǎn)單操作步驟。實(shí)驗(yàn)時(shí)未經(jīng)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師的同 意，不得擅自啟動(dòng)任何設(shè)備開關(guān)。2. 在試樣上焊接熱電偶。3. 制定實(shí)驗(yàn)步驟，并經(jīng)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師審核。4. 啟動(dòng)主機(jī)和控制電腦后，進(jìn)入界面，按具體實(shí)驗(yàn)要求的要求（加熱溫度， 加熱速率，變形速率等）編程。5. 裝好試樣，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。五思考題從變形機(jī)理

6、說(shuō)明溫度和加載速度對(duì)材料強(qiáng)度的影響。參考文獻(xiàn)1. 鄒貴生編 . 材料加工系列實(shí)驗(yàn) . 北京：清華大學(xué)出版社， 20052. 牛濟(jì)泰編 . 材料和熱加工領(lǐng)域的物理模擬技術(shù) .北京：國(guó)防工業(yè)出版社， 1999動(dòng)態(tài)熱模擬試驗(yàn)機(jī)Gleeble 3500介紹近幾十年來(lái)，熱-力學(xué)物理模擬技術(shù)飛速發(fā)展。在熱模擬試驗(yàn)裝置、試驗(yàn)方 法、測(cè)試技術(shù)以及應(yīng)用等方面進(jìn)行了大量的研究工作，研究范圍涉及到材料科學(xué)與工程和材料加工工程等領(lǐng)域中的組織研究、性能研究、應(yīng)力應(yīng)變研究等各個(gè)方 面，受到各國(guó)科技界歡迎的Gleeble動(dòng)態(tài)熱一力學(xué)模擬試驗(yàn)機(jī)是一種應(yīng)用最廣泛 的熱-力學(xué)模擬機(jī)。它自1946年在美國(guó)倫塞勒工學(xué)院(RPI)第一

7、臺(tái)樣機(jī)誕生并成 立DSI(Dynami Systems lnc .)至今，經(jīng)過(guò)60多年的不斷修改與完善，已經(jīng)發(fā) 展為計(jì)算機(jī)控制的電液伺服閉環(huán)系統(tǒng)。其主要部分有主機(jī)、液壓源、控制柜、計(jì) 算機(jī)系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、急冷系統(tǒng)等。它既可用手控進(jìn)行試驗(yàn)，也可以實(shí)現(xiàn)全部試 驗(yàn)過(guò)程的計(jì)算機(jī)控制。根據(jù)該設(shè)備的功能，可將它分為三個(gè)系統(tǒng)：計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、熱控制系統(tǒng)、 力學(xué)控制系統(tǒng)。因此，可用汁算機(jī)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)閉環(huán)控制。其加熱速度可以從0.002 C /s到10000C/s。它能模擬各種熱-力學(xué)過(guò)程，是一種理想的動(dòng)態(tài)試驗(yàn)機(jī)，有 人也稱它為熱-力學(xué)材料試驗(yàn)機(jī)。上海大學(xué)熱模擬試驗(yàn)機(jī)Gleeble 3500的實(shí)物整體形貌、結(jié)構(gòu)方框

8、圖、主機(jī)、 高溫拉伸實(shí)驗(yàn)分別見圖 Al圖A3o試驗(yàn)編程示例如圖A4所列。1. 加熱系統(tǒng)：該機(jī)采用電阻加熱系統(tǒng)，即通過(guò)低頻電流加熱試樣，加熱速 度可以高達(dá)10000C /S。由于集膚效應(yīng)較小，故整個(gè)加熱區(qū)中間部位溫度均勻， 徑向溫度梯度很小。冷卻速度由沿試樣軸向的熱傳導(dǎo)來(lái)控制， 直徑為6mm勺普通 碳鋼試件在10000C時(shí)的冷卻速度可控制到140C/s。它用閉環(huán)控制實(shí)現(xiàn)溫度的 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制，是動(dòng)態(tài)熱模擬的理想系統(tǒng)。圖A1 Gleeble 3500整體形貌1 I力類強(qiáng)序器邏弭電轄孩it蔚:們?涉幼來(lái)頭1廠rKJ 噬圧器圖A2 Gleeble 3500 結(jié)構(gòu)方框圖圖A3高溫拉伸實(shí)驗(yàn)Gdeebilf

9、l Tabio Prog fam . :iMlGHT01 TAB1H LAxis 1Ax 2Axis iSy v tomStr*«»>Sfraksini in lining SrroK*.lO.CKMhnEnAcquireForts Streit ttroko TCIL一tSurt產(chǎn)！ Mechanical High自 ThenniiLLModeSkoka (mm)Wedge (cm|TC1 (c>D.OHzflO 芮 0000G.OCo.o ao0I-Svnipl*5.0 Hz1:00:25 00000.00儷5Q0Kos：oo 00000.00Q.oao5叫

10、Srnplofl.OHz-H仆01:00 300012.00o oooaoolIt|End Mfichdnicaiffl Hl&h Thermal圖A4表格式編程示例（高溫拉伸）2. 力學(xué)系統(tǒng)與性能指標(biāo)Gleeble 3500的機(jī)械系統(tǒng)是一個(gè)具有10噸靜態(tài)拉伸/壓縮力的全集成液壓 伺服控制系統(tǒng)。最快可以達(dá)到1000m m/s的移動(dòng)速度。3. 數(shù)據(jù)顯示與記錄Gleeble 3500配置了實(shí)現(xiàn)全面數(shù)字控制的軟硬件。控制柜中的微機(jī)處理器 與編程用的計(jì)算機(jī)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)線互通信息，一方面，可通過(guò)在臺(tái)式計(jì)算機(jī)中配置的Quiksim軟件采用簡(jiǎn)單的表格式編程方法實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)的基本工藝過(guò)程，另一方面， 可同時(shí)顯

11、示和控制溫度、載荷、應(yīng)力、應(yīng)變、位移等參數(shù)；試驗(yàn)過(guò)程中，上述數(shù) 據(jù)能在計(jì)算機(jī)中實(shí)時(shí)顯示，隨時(shí)檢測(cè)。試驗(yàn)結(jié)束后，試驗(yàn)的原始數(shù)據(jù)自動(dòng)裝入 Origin軟件中，實(shí)驗(yàn)人員可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行各種適當(dāng)?shù)奶幚怼leeble 3500 動(dòng)態(tài)熱模擬試驗(yàn)機(jī)一般操作步驟：(1) 開總電源。(2) 按下主機(jī)上的電源按鈕，之后控制柜中的嵌入式計(jì)算機(jī)顯示器顯示各種 運(yùn)行資料，直至結(jié)束。(3) 觀察控制柜上的“安全顯示”按鈕。當(dāng)顯示燈為綠色時(shí)，說(shuō)明控制系統(tǒng) 工作正常。(4) 啟動(dòng)臺(tái)式計(jì)算機(jī)，并按提示逐一操作。(5) 進(jìn)入 Quiksim 編程狀態(tài)。期間按提示 " 密碼，回車即可。(6) 按某具體實(shí)驗(yàn)要求的工藝 (如高

12、溫拉伸實(shí)驗(yàn)、 高溫快速壓縮實(shí)驗(yàn)、 冷卻速 度對(duì)材料組織和性能的影響實(shí)驗(yàn)等)編程。表格式編程示例如圖 A4所列。其中： 一般情況下，“system"行實(shí)驗(yàn)人員會(huì)事先設(shè)定好，不必改動(dòng)； "Stress-Strain"行根據(jù)試樣大小設(shè)定其相應(yīng)的直徑d和被測(cè)試長(zhǎng)度L(注：當(dāng)試樣為非圓柱形時(shí)，可根據(jù)試樣的測(cè)定部位的面積折合成當(dāng)量圓面積)：“Acquire ”一行即為在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中需要檢測(cè)的數(shù)據(jù)項(xiàng)名稱，如表中的 Force， Stress , stroke , TCI。該行的數(shù)據(jù)項(xiàng)名稱可根據(jù)需要進(jìn)行增和減；“ Start ” 一行中根據(jù)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中是否要施加載荷和加熱，可分別單擊

13、 "Mechanical ”和 "Thermal"啟動(dòng)模塊即左側(cè)顯示“V”符號(hào)；“ Mode” 一行目的是選擇實(shí)驗(yàn)過(guò) 程中的力的控制模式，其中有 Stroke、Stress、Strain 上一 gauge(軸向位移)、 C gauge(徑向位移)、Force等模式可供選擇，其中的“ Wedge和"TCI(c) ” 一 般不改動(dòng)；“Sample"行是設(shè)定實(shí)驗(yàn)過(guò)程中各參數(shù)的數(shù)據(jù)采集頻率；"Time"一列中的“："的表示分、秒、0. xx秒；其余各行分別按工藝要求在規(guī) 定的時(shí)間內(nèi)加載、保持載荷、卸載和加熱、保溫、冷卻等。(7) 對(duì)事先制備好的試樣進(jìn)行尺寸檢測(cè)，焊接熱電偶，然后依據(jù)實(shí)驗(yàn)需要選 擇夾具。再裝卡試樣，期間要使用空氣錘或手動(dòng)液壓系統(tǒng) (操作：?jiǎn)?dòng)Mechanical，啟動(dòng)Run,旋轉(zhuǎn)嵌入式顯示器“stroke ”符號(hào)右側(cè)的旋鈕或“Force" 符號(hào)左側(cè)的旋鈕使液壓系統(tǒng)的活塞向前或先后移動(dòng) )。試樣裝卡完后，按按"Stop ” 按鈕關(guān)閉液壓系統(tǒng)。(8) 當(dāng)實(shí)驗(yàn)需要在真空環(huán)境中進(jìn)行時(shí)，須開啟真空系