1、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
2、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。 保温一定时间后， 通过主机中的液压系统按一定 的加载速率给试样施加载荷使其变形， 直至试样断裂。 由于试样两端由通
3、水的冷 却块夹持， 冷却快，所以整个试样在加热和保温过程中存在一定的温度梯度， 中 间段温度高，但当试样足够长（ 90120mm ）时，热电偶检测的中间部位约有 818mm ）长度的均温区，这样就能保证试样断裂发生在试样的中间部位，且 测试所有强度能与检测温度对应。断面收缩率可以通过测定室温时的断面面积， 并与原始截面面积进行比较而获得。在材料种类和热处理状态一定的情况下， 高温强度除受温度影响外， 还与加 载速度有直接关系。一般情况下，加载速率即变形速度越快，强度越高。 动态 热 -力学模拟试验机 Gleeble3500 的简介见附件。三.实验仪器和材料1.动态热 -力学模拟试验机 Glee
4、ble35002.热电偶电阻焊设备 1 套3.热电偶丝若干4.20 钢等试样四实验内容和步骤1.实验前了解了解 Gleeble 3500 动态热 -力学模拟试验机的基本结构与功 能，学习 Gleeble 3500 试验机的简单操作步骤。实验时未经实验指导教师的同 意，不得擅自启动任何设备开关。2.在试样上焊接热电偶。3.制定实验步骤，并经实验指导老师审核。4.启动主机和控制电脑后，进入界面，按具体实验要求的要求（加热温度， 加热速率，变形速率等）编程。5.装好试样，进行实验。五思考题从变形机理说明温度和加载速度对材料强度的影响。参考文献1.邹贵生编 . 材料加工系列实验 . 北京：清华大学出版
5、社， 20052.牛济泰编 . 材料和热加工领域的物理模拟技术 .北京：国防工业出版社，1999近几十年来，热 - 力学物理模拟技术飞速发展。在热模拟试验装置、试验方 法、测试技术以及应用等方面进行了大量的研究工作， 研究范围涉及到材料科学 与工程和材料加工工程等领域中的组织研究、 性能研究、 应力应变研究等各个方 面，受到各国科技界欢迎的 Gleeble 动态热一力学模拟试验机是一种应用最广 泛的热 -力学模拟机。它自 1946 年在美国伦塞勒工学院 （RPI）第一台样机诞生并 成立 DSI（Dynami Systems lnc ）至今，经过 60 多年的不断修改与完善，已经 发展为计算机控
6、制的电液伺服闭环系统。其主要部分有主机、液压源、控制柜、 计算机系统、真空系统、急冷系统等。它既可用手控进行试验，也可以实现全部 试验过程的计算机控制。根据该设备的功能，可将它分为三个系统：计算机控制系统、热控制系统、 力学控制系统。因此，可用汁算机实现两个闭环控制。 其加热速度可以从 0.002 s到10000 s。它能模拟各种热 -力学过程，是一种理想的动态试验机，有 人也称它为热 - 力学材料试验机。上海大学热模拟试验机 Gleeble 3500 的实物整体形貌、 结构方框图、主机、 高温拉伸实验分别见图 Al图 A3 。试验编程示例如图 A4 所列。1. 加热系统： 该机采用电阻加热系
7、统，即通过低频电流加热试样，加热速 度可以高达 10000 /s 。由于集肤效应较小，故整个加热区中间部位温度均匀， 径向温度梯度很小。 冷却速度由沿试样轴向的热传导来控制， 直径为 6mm 的普通碳钢试件在 10000C 时的冷却速度可控制到 140 s。它用闭环控制实现温度的实时监测与控制，是动态热模拟的理想系统。图 A1 Gleeble 3500 整体形貌图 A2 Gleeble 3500 结构方框图图 A3 高温拉伸实验图 A4 表格式编程示例（高温拉伸）2.力学系统与性能指标Gleeble 3500 的机械系统是一个具有 10 吨静态拉伸 / 压缩力的全集成液压 伺服控制系统。最快可
8、以达到 1000mm/s 的移动速度。3.数据显示与记录G1eeble 3500 配置了实现全面数字控制的软硬件。 控制柜中的微机处理器 与编程用的计算机通过网络线互通信息， 一方面，可通过在台式计算机中配置的 Quiksim 软件采用简单的表格式编程方法实现试验的基本工艺过程，另一方面， 可同时显示和控制温度、载荷、应力、应变、位移等参数；试验过程中，上述数 据能在计算机中实时显示，随时检测。试验结束后，试验的原始数据自动装入 Origin 软件中，实验人员可对数据进行各种适当的处理。Gleeble 3500 动态热模拟试验机一般操作步骤：（1）开总电源。（2）按下主机上的电源按钮，之后控制
9、柜中的嵌入式计算机显示器显示各种 运行资料，直至结束。（3）观察控制柜上的“安全显示”按钮。当显示灯为绿色时，说明控制系统 工作正常。（4）启动台式计算机，并按提示逐一操作。（5）进入 Quiksim 编程状态。期间按提示 密码，回车即可。（6）按某具体实验要求的工艺 （如高温拉伸实验、高温快速压缩实验、冷却速 度对材料组织和性能的影响实验等 ）编程。表格式编程示例如图 A4 所列。其中： 一般情况下，“ system 一行实验人员会事先设定好，不必改动； Stress-Strain 一行根据试样大小设定其相应的直径 d 和被测试长度 L（注：当 试样为非圆柱形时，可根据试样的测定部位的面积折
10、合成当量圆面积 ）；“Acquire ”一行即为在实验过程中需要检测的数据项名称，如表中的 Force ，Stress ，stroke ，TCl。该行的数据项名称可根据需要进行增和减；“ Start ” 一行中根据实验过程中是否要施加载荷和加热，可分别单击 Mechanical ”和 Thermal 启动模块即左侧显示“”符号；“ Mode ”一行目的是选择实验 过程中的力的控制模式， 其中有 Stroke 、Stress 、Strain 上一 gauge（ 轴向位移 ）、 C gauge（ 径向位移 ）、Force 等模式可供选择，其中的“ Wedge ”和TCl（c） ” 一般不改动；“
11、Sample 一行是设定实验过程中各参数的数据采集频率； Time 一列中的“ ： ： 的表示分、秒、 0xx 秒；其余各行分别按工艺要 求在规定的时间内加载、保持载荷、卸载和加热、保温、冷却等。（7）对事先制备好的试样进行尺寸检测，焊接热电偶，然后依据实验需要选择夹具。再装卡试样，期间要使用空气锤或手动液压系统 （操作：启动 Mechanical ，启动 Run ，旋转嵌入式显示器“ stroke ”符号右侧的旋钮或“ Force 符号左侧的旋钮使液压系统的活塞向前或先后移动 ）。试样装卡完后，按按 Stop 按钮关闭液压系统。（8）当实验需要在真空环境中进行时，须开启真空系统，且实验完后须仔细 关闭真空系统：（9）仔细检查实验程序和试样的装卡。无问题后， ,单击程序表上部的“启动 符号”，手动控制柜上的 Run 。实验开始进行。（10）关真空系统；对真空系统充大气，取出试样。（11）实验结束后对数据进行处理或存储到相应的目录下。（12）所有实验结束后，检查实验数据是否保存好。关台式计算机一关主机上 的电源闸一关总闸。注：本科生实验必需按照实验指导教师指导操作
