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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工艺提高产量和
2、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 3500,Gleeble 3800,热
3、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,单独但同步的应变和应变速率控制 高速下无过冲在不同的变形量、变形
4、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
5、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
6、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
7、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,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
8、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
9、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
10、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?.?
11、,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:3000oC/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
12、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 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
13、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,
