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1、热机械过程物理模拟的全面介绍,Dynamic Systems Inc. Poestenkill NY 12140 U.S.A.,目录,物理模拟的基本原理,先进的物理模拟系统,物理模拟技术在工业生产中的应用,物理模拟技术的发展和展望,目录,物理模拟的基本原理,先进的物理模拟系统,物理模拟技术在生产中的应用,物理模拟技术的发展和展望,什么是热机械过程物理模拟 ?,热机械过程物理模拟是大生产过程，如：轧制、锻压、挤压等, 在实验室的小试验机上通过工艺条件的精确控制实现再现。,为什么要物理模拟 ?,开发新材料/新合金 降低研发和生产成本 缩短新产品/新工艺的开发周期 更好地理解现行生产工艺并进一步优化
2、工艺 提高产量和产品质量 揭示产品性能 ,计算机模拟技术有多强?,为什么要物理模拟 ?,典型的实验室加热方式,炉子加热 感应加热 体积加热/电阻加热,典型的实验室加热,电阻加热原理,轴向温度梯度控制,均匀的温度梯度,轴向温度梯度控制,很陡的温度梯度,轴向温度梯度控制,纵向温度分布图,轴向温度梯度控制,目录,物理模拟的基本原理,先进的物理模拟系统,物理模拟技术在生产中的应用,物理模拟技术的发展和展望,GLEEBLE 热力模拟机的发展,模拟控制系统: Gleeble 1500, Gleeble 2000,数字控制系统: Gleeble 1500D, Gleeble 3180, Gleeble 35
3、00, Gleeble 3800,热力模拟机的发展,Hydrawedge液压锲系统,热扭转系统: HTS-50,多轴变形模拟系统: MAXStrain System,ISO-Q 淬火和变形膨胀仪,数字控制系统: The Gleeble 3500,Since 1995,数字控制系统: The Gleeble 3800,Since 1996,数字控制系统: The Hydrawedge System,Since 1990,数字控制系统: The Hydrawedge System,约束架,停止块,试样装载装置,砧子,测压元件,夹具 传感器,液压锲系统的机械装置,数字控制系统: 液压锲,单独但同步的
4、应变和应变速率控制 高速下无过冲 在不同的变形量、变形速率、变形温度下进行多道次压缩,数字控制系统: The Gleeble 3180 System,Since 2006,数字控制系统: 热扭转系统 / HTS,Since 1996,数字控制系统: 热扭转系统 / HTS,移动/固定端,旋转端,电阻加热炉,试样,典型的扭转试验机构,数字控制系统: 热扭转系统 / HTS,瞬间加速: 5毫秒达到 1,000转/分钟 可分离式联轴器确保在加速和无约束卸载情况下的最小应变误差 环境控制: 惰性气体或真空 原位淬火,数字控制系统: 热扭转系统 / HTS,液压伺服控制系统 扭转中能进行扭转和拉伸/压缩
5、组合控制 快速电阻加热和冷却 热电偶或高温计控制温度 测量长度内温度均匀,多轴变形的转动装置,数字控制系统: 大应变(MAXStrain)系统,大应变技术,大应变多轴变形,数字控制系统: ISO-Q 淬火和变形膨胀仪,Since 2000,数字控制系统： HDS-V40 热变形模拟机,最大加热速度: 100C/s 最大冷却速度: 100C/s 最大负载: 40 公吨 最大位移速率: 1,700mm/s 控制模式: 位移/力/应力/应变,数字控制系统: HDS-V40 热变形模拟机,数字控制系统: QuikSimTM 软件,目录,物理模拟的基本原理,先进的物理模拟系统,物理模拟技术在工业生产中的
6、应用,物理模拟技术的发展和展望,物理模拟技术的应用,基础材料研究,材料试验,冶金过程模拟,基础材料研究,相变,氧化 / 脱碳 / 扩散,液化脆性,本征液化,裂纹敏感性,液态金属浸润性,液态和固态金属热膨胀和收缩,基础材料研究,熔化/凝固,超塑性,加工硬化 / 软化,再结晶 / 回复,析出,超细晶粒材料,纳米材料,材料试验,热塑性/热加工性/应变诱导裂纹开裂,轴向 / 平面应变压缩,动态和静态 CCT / CHT / TTT,焊接性能 / 零强温度 / 零塑性温度 / 脆性温度区间 / 塑性回复率,热和 / 机械疲劳,超塑性 / 延伸,弹性模量 / 屈服应力 / 抗拉强度,材料试验,蠕变 / 应
7、力破坏,平面应变断裂韧性 / 裂纹尖端张开位移试 验 ,过程模拟,铸造,半固态过程,热变形控制工艺 (轧制、锻压和挤压),焊接: 热影响区循环、焊接金属、激光焊 、 电子束焊、电阻对焊、磨擦搅拌焊 .,扩散焊,过程模拟,热处理 (退火、正火、淬火、回火 .),板带退火,粉末冶金 / 烧结 / 热等静压工艺,合成 (SHS) ,连铸过程模拟,铸造图开发,连铸过程模拟,铸造图开发,连铸过程模拟,铸造图开发,连铸过程模拟,铸造图开发,铝镇静钢无裂纹连铸坯生产最佳冷却速率(C),单向压缩试验,ISO-T TM 砧子,单向压缩试验,ISO-T TM 砧子,单向压缩试验,采用ISO-T TM砧子的均匀变形
8、,10 mm直径试样, 1000C时压缩60% (x100),热加工性试验技术,热塑性试验,热加工性试验技术,温度梯度对材料强度的影响,热塑性试验,温度梯度对热塑性的影响,10 mm直径拉伸棒样，1000C时50mm/s拉伸,热加工性试验技术,温度梯度对材料强度的影响,热加工性试验技术,应变诱导裂纹开裂(SICOTM)试验方法,热加工性试验技术,应变诱导裂纹开裂(SICOTM)试验方法,热加工性试验技术,应变诱导裂纹开裂试验方法,10 mm 直径SICO试验棒,热加工性试验技术,SICOTM 试验方法和热塑性试验比较,热加工工艺,热加工工艺优化,热加工工艺,热加工工艺优化,热加工工艺,热加工工
9、艺优化,热加工过程模拟,液压锲系统性能,热加工过程模拟,6道次热轧过程模拟,焊缝金属裂纹敏感性研究,传统的焊道纵向弯曲试验(LBT)方法,焊缝金属裂纹敏感性研究,SICOTM 取样,焊接模拟,焊接金属的裂纹敏感性,无裂纹, 1050C, 0.41, 3/s, 低层,有些裂纹, 1050C, 0.41, 3/s, 中层,许多裂纹, 1050C, 0.41, 3/s, 顶层,焊接金属裂纹敏感性研究,采用 SICOTM 方法,焊接金属裂纹敏感性研究,微裂纹的微观结构,焊接金属裂纹敏感性研究,SICOTM 试验方法的应用,4种试验电焊条的成分（重量%）,焊接金属裂纹敏感性研究,零强度温度测试,4种电焊
10、条的零强温度(oC),焊接金属裂纹敏感性研究,SICOTM 试验方法的应用,焊缝金属敏感裂纹的研究,应变裂纹程序的应用,可焊性试验技术,热影响区热塑性试验,可焊性试验技术,热影响区热塑性试验,板带退火模拟,制取深冲性能试验试样的专利SISR技术,板带退火模拟,制取深冲性能试验试样的专利SISR技术,板带退火模拟,采用SISR 专利技术加热试样,板带退火过程模拟,1mm x 50mm x 200mm 板带试样,板带退火过程模拟,双相钢板带退火工艺,Gleeble 脚本语言,脉冲淬火技术,目录,物理模拟的基本原理,先进的物理模拟系统,物理模拟技术在工业生产中的应用,物理模拟技术的发展和展望,材料研
11、究方面的挑战? 怎样经济地开发块状超细晶粒和纳米材料 ?,我们面临的一些挑战,材料研究方面的挑战?,怎样达到非常高的淬火速度:如 2000C/s ? 怎样在CCT研究中进行高速淬火的等温测 量? 怎样使淬火在TTT研究中的等温温度处停住 ? . ?,采用电阻加热的等温面,膨胀测量,纯镍试样的加热和冷却,采用激光进行膨胀测量的校准,纯镍试样的加热和冷却,采用接触式传感器进行膨胀测量的校准,“ISO-Q”表示等温淬火,ISO-Q是什么?,ISO-Q淬火装置,ISO-Q是什么?,ISO-Q淬火管状试样,ISO-Q是什么?,非常高的淬火速率,它能用在哪里?,实心试样: 400oC/s 管状试样: 30
12、00oC/s,很高速度的淬火，如 3000 oC/s,它能用在哪里?,高速淬火时的马氏体测量,它能用在哪里?,等温处淬火的停住,它能用在哪里?,等温相变 (IT/TTT),它能用在哪里?,小变形对 IT相变的影响,它能用在哪里?,应力对 IT相变的影响,它能用在哪里?,热加工变形对 CCT/IT 转变的影响,我们还能做什么?,变形前、变形中、变形后的膨胀,我们还能做什么?,斜率和导数方法,我们还能做什么?,加热速度对相变的影响,我们还能做什么?,冷却速度对相变的影响,我们还能做什么?,开发 CCT 图,我们还能做什么?,背景 大应变技术 超细晶粒钢开发 纳米铝合金开发,大应变技术是什么?,背
13、景,超细晶粒钢项目遍布全球：超细晶粒钢 ?超级钢 ? 新一代钢 ?） 超轻型车身:钢或铝 ? 高应变速度和 /或低温超塑性: 更细的晶粒，更高的应变速率？ 纳米材料 / 纳米技术 ?,产生超细晶粒的方法,技术途径,电沉积法技术 机械轧制和粉末冶金 变形诱导相变 退火 /不退火温/冷变形晶粒的回复和再结晶 严重塑性变形晶粒细分,实现大变形的方法,技术途径,扭转和高压扭转 (HPT) 等通道转角挤压工艺 (ECAP) 3D锻造和 冲-锻工艺 累积叠轧焊技术 (ARB) 多轴约束应变 (MAXStrain),约束和无约束金属流动,大应变技术,多轴约束变形,大应变技术,超细晶粒钢,热加工途径生产超细晶
14、粒钢的二种典型方法之一,多轴热加工工艺,超细晶粒钢,超细晶粒钢,AISI 1018 普碳钢 (d 1um),大应变变形试样加工的机械性能试验试样,超细晶粒钢,超细晶粒钢,室温拉伸应力和应变曲线,预应变对材料性能的影响,纳米级铝合金,退火温度对材料性能的影响,纳米级铝合金,退火温度对显微组织的影响,纳米级铝合金,(b) annealed at 200C for 1h,(a) As-cold deformed,(c) annealed at 250C for 1h,大应变系统能做什么?,在精确控制变形参数，如温度、应变和应变速率，10或更大的大应变能通过大应变技术得到。,在变形体积几乎不变的情况下，大应变变形试样可直接加工机械性能试验试样,请浏览 Gleeble 网页,W W W.GLEEBLE.COM,