iaimppp gleeble


Gleeble 

   We wrześniu 2003 roku zostało uruchomione jedno z najnowocześniejszych w kraju laboratoriów badania własności mechanicznych materiałów i fizycznej symulacji procesów metalurgicznych. W laboratorium został zainstalowany system fizycznego modelowania procesów metalurgicznych GLEEBLE 3500 produkcji amerykańskiej firmy Dynamic Systems Inc. Jest to urządzenie umożliwiające prowadzenie symulacji fizycznych procesów takich jak: ciągłe odlewanie stali, walcowanie, ciągnienie, kucie, wyciskanie i zgrzewanie. System pozwala również prowadzić badania plastyczności materiałów dla procesów przeróbki plastycznej, badania strukturalne mechanizmów odkształcenia plastycznego, wyznaczanie charakterystyk materiałowych. Podstawowe parametry techniczne urządzenia to: szybkość nagrzewania próbki: 10000 °C/s, maksymalna siła nacisku: 100kN, maksymalna prędkość przemieszczenia szczęki ruchomej: 1000 mm/s. Wszystkie próby można prowadzić w warunkach obniżonego ciśnienia lub w atmosferze ochronnej. Urządzenie to znajduje zastosowanie w badaniach prowadzonych zarówno przez zespół pracowników zajmujących się przeróbką plastyczną materiałów, metalurgów zajmujących się ekstrakcją i recyrkulacją metali, jak również przez zespół inżynierii materiałowej. Podstawową zaletą stanowiska jest uniwersalność i możliwość dostosowania do różnych badań z zakresu szeroko pojętej metalurgii.
Podstawowe obszary zastosowań, w których symulator jest wykorzystywany to:

  • opracowanie nowych technologii walcowania w układach ciągłych,
  • technologie walcowania normalizującego,
  • technologie walcowania termomechanicznego,
  • technologie ciągłego odlewania stali,
  • badanie własności termomechanicznych nowych materiałów,
  • określanie wpływu przeróbki plastycznej na strukturę wewnętrzną i własności wytrzymałościowe materiału.

Urządzenie jest szczególnie przydatne podczas prac naukowych wymagających określenia własności mechanicznych materiału i opisania ich w sposób analityczny. Opracowane za pomocą badań modele są następnie wykorzystywane w symulacjach komputerowych procesów rzeczywistych. Ponadto stanowisko umożliwia modelowanie własności mechanicznych wyrobów gotowych wykonywanych z nowych materiałów lub w oparciu o nowe technologie przeróbki cieplnomechanicznej.

System GLEEBLE posiada szereg unikalnych cech, które nie są dostępne w żadnej innej maszynie testującej materiały. Połączone zalety tworzą system z niezrównanymi możliwościami w zakresie symulacji procesów oraz badania materiałów. Poniżej przedstawiono kilka podstawowych cech charakteryzujących urządzenie:
-Bardzo szybkie chłodzenie
-Zamrażanie mikrostruktury
Oprzyrządowanie szybkiego chłodzenia znajduje się bezpośrednio w urządzeniu. Dzięki temu nie jest konieczne przesuwanie pieca grzewczego lub wyjmowanie próbki do chłodzenia. Ponadto, termopary pozostają podłączone do próbki podczas chłodzenia. Dzięki temu operator zna dokładnie wartość temperatury na powierzchni próbki podczas chłodzenia.
-Wydajność
Porównując oprzyrządowanie grzewcze przyrządów do prób spęczania na gorąco z Systemem GLEEBLE, najważniejszą zaletą symulatora GLEEBLE'a jest jego duża wydajność. Przy próbie rozciągania na gorąco System może typowo wykonać 4 testy w ciągu jednej godziny. W typowych urządzeniach wyposażonych w piece grzewcze można wykonać typowo tylko jedną próbę w ciągu 3÷4 godzin. Stąd wydajność systemu GLEEBLE może być 12÷16 krotnic wyższa w porównaniu do maszyn wyposażonych w piece grzewcze. Porównując testy spęczania, w systemie GLEEBLE’a można wykonać 3÷10 prób w czasie, jaki jest potrzebny dla maszyn wyposażonych w piec do wykonania jednej próby.
-Płaszczyzny izotermiczne
Jednym z najważniejszych zagadnień technicznych w cieplnych i cieplno-mechanicznych maszynach pomiarowych jest rozkład temperatury w badanej próbce. Musi on być sprawdzony w dwóch warunkach: statycznych i dynamicznych. W warunkach statycznych łatwo jest osiągnąć jednorodną temperaturę za pomocą pieca grzewczego lub nagrzewania indukcyjnego, ale zazwyczaj w warunkach rzeczywistych nie występują zjawiska statyczne. Temperatura w szwie, gorącym wsadzie, kadzi lub wlewku jest zawsze zmienna. Sposób tych zmian jest parametrem krytycznym dla poprawnego modelowania procesu. Podczas nagrzewania indukcyjnego i chłodzenia rozpyloną cieczą ciepło jest dodawane i odbierane przez powierzchnię próbki. Pomiar wykonywany jest też na powierzchni próbki, zatem temperatura wnętrza próbki może pozostawać
w tyle lub wyprzedzać aktualną wartość zadaną przez program nawet o kilkaset stopni, w zależności od prędkości nagrzewania lub chłodzenia. Podczas zmian temperatury, może ona ewentualnie osiągać równowagę, ale może to nastąpić kilka minut po osiągnięciu przez powierzchnię zadanej temperatury. Stosując system nagrzewania GLEEBLE'a, rdzeń i powierzchnia próbki mają taką samą temperaturę podczas nagrzewania i chłodzenia (chyba, że zastosowano chłodzenie rozpyloną cieczą na powierzchni próbki). Zatem jeśli próbka jest nagrzewana do temperatury 1000°C w czasie 3s rdzeń także osiąga 1000°C w ciągu 3 sekund. Podczas nagrzewania indukcyjnego system może sygnalizować nagrzanie do 1000°C kilka minut wcześniej niż rdzeń faktycznie osiągnie tą temperaturę, w zależności od wymiarów próbki. Podczas chłodzenia symulator GLEEBLE odbiera ciepło przez końce próbki, zatem powierzchniai rdzeń mają taką samą temperaturę. Powoduje to powstawanie IZOTERMICZNYCH poprzecznych płaszczyzn w próbce, podczas każdego szybkiego nagrzewania lub chłodzenia. Ważność tego problemu można zobaczyć na przykładzie krytycznego zastosowania - Continuous Cooling Transformation (CCT). W przypadku użycia prętów o średnicy 6, 10 i 12 mm w urządzeniu z nagrzewaniem indukcyjnym (lub z chłodzeniem rozpylaną cieczą) w programie CCT dla chłodzenia z taką samą prędkością dla każdej z trzech średnic, otrzymamy różne temperatury przemiany dla każdej ze średnic, co świadczy o ewidentnym błędzie metody pomiarowej lub eksperymentu. Przeprowadzając taką samą próbę na GLEEBLE'u otrzymamy jednakowe temperatury, czyli takie, jakie powinny być, niezależnie od średnicy próbki. Jest to spowodowane istnieniem izotermicznych płaszczyzn.
- Dynamiczne sterowanie temperaturą
System GLEEBLE dostarcza możliwości dynamicznego nagrzewania i chłodzenia z dużymi prędkościami. Dla symulacji HAZ (HEAT-AFFECTED-ZONE) (procesy zgrzewania) te duże prędkości są najważniejsze. Do dokładnego sterowania system powinien mieć możliwość dodawania i odbierania ciepła z dużo większą prędkością niż wymagana w symulacji. Z możliwością nagrzewania z prędkością przekraczającą 10000°C/s, GLEEBLE może łatwo precyzyjnie sterować w szerokim zakresie prędkością nagrzewania i chłodzenia. Systemy indukcyjne, ze względu na znaczne ograniczenia mocy wejściowej posiadają znacznie bardziej ograniczone możliwości nagrzewania i chłodzenia.
-Możliwość bardzo szybkiego nagrzewania
W symulatorze GLEEBLE można nagrzewać próbki z prędkością ponad 10000°C/s z precyzyjnym komputerowym sterowaniem i ponadto utrzymywać stałą równowagę temperaturową. Taka prędkość nagrzewania jest osiągana dla prętów ze stali węglowych o średnicy 6 mm i długości 15 mm, przy trójfazowym źródle zasilającym 360V, o wydajności prądowej 200A.
-Możliwość bardzo szybkiego chłodzenia
Prędkości chłodzenia Systemu GLEEBLE są sterowane przez przewodność. Sterowana prędkość chłodzenia zależy od wymiaru, kształtu i temperatury próbki. Przy temperaturze 1000°C można osiągnąć prędkość chłodzenia około 140°C/s dla pręta ze stali węglowej o średnicy 6 mm. System cieplny umożliwia gładkie przejście od stanu równowagi cieplnej do maksymalnej prędkości chłodzenia, dla danego wymiaru i typu próbki (wg specyfikacji). Dla procesów bardzo szybkiego chłodzenia może być zastosowany zewnętrzny system chłodzenia, który umożliwia osiągnięcie prędkości ponad 10000°C/s na powierzchni próbki (przy płaskich próbkach o grubości 1mm).
-Wybór różnych metod sterowania temperaturą
Jako źródło sygnału zwrotnego do sterowania temperaturą mogą być wybrane termopary lub opcjonalny pirometr podczerwony. Termopary są automatycznie linearyzowane. GLEEBLE zaopatrzony jest w jeden kanał termopary Cr-Al (Typu K) i jeden kanał Platyna-Platynorod (Typu S, 10% lub Typu R, 13%) jako standardowe wyposażenie. Inne linearyzacje są również możliwe. Opcjonalny system sterowania pirometrem pozwala mierzyć temperaturę bezstykowo na powierzchni próbki w przypadkach, gdy zastosowanie termopary jest niewygodne lub niepraktyczne.-Strefy jednorodnej temperaturyGLEEBLE zapewnia także wytworzenie strefy jednorodnej temperatury wewnątrz próbki poprzez użycie w uchwytach gorących szczęk ze stali odpornej na korozję. Taka strefa stałej temperatury może być wyrównana na długości w zależności od wymagań próby. Na przykład w okrągłym pręcie o średnicy 10mm i długości około 50mm ze stali węglowej, część środkowa próbki o długości 7mm posiada temperaturę w granicach ±0.5% wartości średniej temperatury dla tej strefy.
-Poziome ułożenie obciążanego elementu
System GLEEBLE oparty jest na projekcie poziomym. Próbka umieszczona jest poziomo. Ma to szereg zalet. Nagrzewana próbka nie powoduje efektu kominowego, jak często zdarza się to w przypadku maszyn pionowych. Górny koniec próbki ma wtedy wyższą temperaturę ze względu na to, że próbka ogrzewa sama siebie. GLEEBLE wyeliminował ten problem przez poziome umieszczenie próbki. Dodatkowo próby nie zaburza ciężar górnej szczęki.-Duża dowolność rozmiaru i kształtu próbkiSystem GLEEBLE cechuje elastyczny system szczęk, który umożliwia stosowanie różnych uchwytów dla wielu wymiarów próbek. Dla GLEEBLE jest dostępnych ponad 20 różnych konfiguracji próbek. Po połączeniu ich z różnymi wymiarami próbek daje to ponad 50 różnych kombinacji kształtu i wielkości próbek, jakie można badać w tej maszynie. Daje to dowolność wyboru odpowiedniej próbki dla danej symulacji lub testu mechanicznego, co czyni maszynę bardziej elastyczną w zastosowaniach.

System GLEEBLE 3800 posiada szereg unikalnych cech, które nie są dostępne w żadnej innej maszynie testującej materiały. Połączone zalety tworzą system z niezrównanymi możliwościami w zakresie symulacji procesów oraz badania materiałów. Architektura systemu Gleeble 3800 to system modułowy. Taki system pozwala na elastyczność w konfiguracji urządzenia w zależności od potrzeb badacza.

Kluczowe elementy systemu GLEEBLE 3800:

Podstawowe elementy:

• Komputer stacjonarny
Komputer przemysłowy

Urządzenia pomocnicze:

• System chłodzenia i filtracji wody
Stacja podciśnieniowa
• System pneumatyczny

Moduły:

• Moduł PocketJaw
Moduł Hydrawedge
• Moduł MaxStrain
Moduł Torsion

opis modułów

Urządzenia dodatkowe:

• Czujnik pomiaru odkształcenia poprzecznego
• Czujnik pomiaru odkształcenia wzdłużnego
System szybkiego chłodzenia zewnętrznego
System szybkiego chłodzenia wewnętrznego
• Urządzenie do spawania termopar 

Specjalistyczne oprogramowanie:

Program QuikSim – Gleeble System
Standardowy pakiet oprogramowania do przetwarzania wyników badań - Origin

 

Więcej informacji:

PRZYCISK GLEEBLE

Gleeble3

 


Opiekun laboratorium: dr inż. Sylwester Sawicki  

Tel.+48 343250-778  

 E-mail:Ten adres pocztowy jest chroniony przed spamowaniem. Aby go zobaczyć, konieczne jest włączenie w przeglądarce obsługi JavaScript.