Введение

Одним из основных этапов разработки новых технологий является физическое моделирование. Оно занимает особое место в проектно-ориентированной схеме создания новых технологий и ему уделяется огромное внимание. Для физического моделирования разрабатываются и совершенствуются специализированные испытательные комплексы. Лучшими в мировой практике на сегодняшний день признаны установки Gleeble, изготавливаемые фирмой Dynamic Systems, Inc., США, наиболее совершенной моделью из которых на данный момент является Gleeble-3800. Аналогов Gleeble в мире практически не существует. Это предположение справедливо на 100%, если брать в расчет универсальность комплексов Gleeble. В мире существуют подобные разработки, но они имеют более узкую направленность и предназначены для решения узкой области задач. Самая крупная компания, выпускающая аналогичные установки, - американская компания MTS. У этой фирмы очень крупная линейка всевозможных машин, выполняющих различные задачи: от небольших установок для определения свойств материалов до полномасштабных испытательных систем, определяющих, например, устойчивость строений при землетрясениях. Также компания MTS занимается автоматизацией промышленных установок и станов.

Подобные установки также выпускает японская фирма Fuji Electronic Industrial Co., Ltd, расположенная в городе Токио, Япония. Web-сайт фирмы – www.fdc.co.jp. У этой компании, также как и у MTS, довольно широкая линейка испытательных машин, но они не универсальные и представляют комплексы для решения узконаправленных задач. Еще аналогичные Gleeble установки для физического моделирования выпускает германская фирма BAHR.

Комплекс Gleeble-3800 изготовлен фирмой Dynamic Systems, Inc., США в модульном исполнении и предназначен для имитации процессов термомеханической обработки и сварки, рис. 1 [1, 2]. К основному силовому блоку для выполнения различных поставленных задач подсоединяются:

• модуль для выполнения деформации сжатием или растяжением;

• модуль кручения;

• модуль для ударной деформации;

• модуль многоосевой деформации.

Каждый из модулей имеет свою рабочую камеру, рис. 2, которая соединена с вакуумной системой, обеспечивающей разряжение не менее 110^–4 мм. рт. ст. Испытания можно проводить при более низком вакууме, в среде защитного газа или на воздухе. Нагрев образцов, рис. 3, производится прямым пропусканием электрического тока, что при мощности сварочного трансформатора 75 кВА обеспечивает максимальную скорость нагрева до 12000 °С/с. Температура, скорости нагревания и охлаждения контролируются термопарой, приваренной к образцу на прилагаемой к комплексу установке. Возможна одновременная запись температуры в 4-х точках рабочей части образца, причем одна из термопар является управляющей. Система управления температурой обеспечивает переколебание температуры при нагреве со скоростью 1000 °С/с не более 5  6 °С и поддержание заданной температуры испытания в интервале не более ±1 °С.

Рис. 1. Общий вид комплекса Gleeble-3800

Охлаждение образцов в процессе проведения экспериментов производится различными способами:

• за счет теплоотвода в водоохлаждаемые медные или стальные захваты;

• за счет обдува воздухом или инертным газом;

• за счет обтекания водой снаружи, внутри образцов или одновременно снаружи и внутри.

Рис. 2. Общий вид рабочей камеры для испытаний на растяжение и сжатие	Рис. 3. Устройство рабочей камеры модуля многоосевой деформации

Для обеспечения испытаний к основному блоку и модулям подводится электропитание, масло для работы гидропривода, сжатый воздух и дистиллированная охлаждаемая вода. Максимальная скорость охлаждения, достигнутая при испытаниях комплекса на образцах толщиной 6 мм, составляет 4500 °С/с. При охлаждении образцов воздухом или водой вакуумная система отключается от рабочей камеры.

Испытания можно проводить при температурах от комнатной вплоть до температуры плавления, причем для исследований жидко-твердого состояния предусмотрено использование специальных кварцевых трубок. Максимальное усилие при растяжении составляет 10 тс, при сжатии – 20 тс, при проведении ударных испытаний – 20 тс.

Для записи усилий используются тензодатчики, а для записи деформаций – датчики перемещений подвижной траверсы. Модуль для испытаний на растяжение и сжатие снабжен высокочувствительными измерителями продольной и поперечной деформации, а также дилатометром, которые позволяют выполнять высокоточные измерения перемещений и определять температуры фазовых превращений в заданном диапазоне скоростей нагревания и охлаждения после пластической деформации или без нее.

Максимальные скорости деформации до 200 с^–1 достигаются при испытаниях на образцах размером 1015 мм при использовании модуля для ударных испытаний, для которого скорость движения рабочей траверсы составляет 2 м/с. Таким образом, скорости деформации на Gleeble-3800 перекрывают весь диапазон скоростных режимов деформации самых современных станов горячей прокатки.

Модуль для многоосевой деформации («MaxStrain») предназначен для получения ультрамелкозернистой и нанокристаллической структуры металлов, что актуально для современного материаловедения. Количество программируемых на комплексе Gleeble-3800 операций нагрева, охлаждения, деформаций с заданной скоростью и степенью деформации, пауз, подстуживаний практически не ограничено и определяется только свойствами металла.