2.2　高溫壓縮試驗

高溫壓縮試驗通常有：圓柱體單向壓縮試驗、平面應變壓縮試驗以及其多道次壓縮試驗等。

2.2.1　圓柱體單向壓縮試驗

圓柱體單向壓縮試驗通常來測定材料的變形抗力，評估材料的裂紋敏感性和材料流變應力等。圖2-11為等溫加熱圓柱體單向壓縮試驗裝配示意圖，圖2-12為圓柱體單向壓縮試驗照片。

通常采用?8mm×12mm或?10mm×15mm的圓柱體試樣。

壓縮試驗時試樣端面的摩擦力是影響試驗精度的主要因素。理論上，只有試樣均勻變形，壓縮后試樣中部無鼓肚，其軸向應變和橫向應變相等，所測的變形抗力才能反映整個試件塑性變形的真實情況，參見圖2-13。通常在試樣兩端用石墨片、MoS2粉等進行潤滑→減少試樣端面摩擦→減少中部鼓肚，保證單向壓縮物理模擬精度。

當壓縮后試樣腰部發生“鼓肚”時，為了衡量單向熱壓縮試驗的有效性，英國國家物理實驗室給出了評判標準。該實驗室經過大量對比實驗及組織觀察，提出膨脹系數B這一物理量，即

　　        （2-3）

式中，B為膨脹系數；L0為試樣原始高度；d0為試樣原始直徑；Lf為壓縮后試樣平均高度（取試樣兩端部中心及圓周每隔120°的三個點，共測量試樣四個高度值進行平均）；df為壓縮后試樣平均直徑（腰部和端部相平均）。

當B≥0.9時，其單向熱壓縮試驗的結果是有效的，當B<0.9時，美國DSI（Dynamic Systems Inc.）科技聯合體推薦用式（2-4）予以修正計算

　　        （2-4）

式中，σi為真應力；Fi、di、Li為某瞬時測得的壓力、試樣的平均直徑、試樣的平均高度；μ為摩擦系數。

通常測橫向應變作為真應變。在實際試驗中，端面摩擦很難為零，所以測橫向應變作為真應變較好，因為橫向應變測量同時也提供了瞬時橫截面積，這樣真應力亦隨時可得；如果用軸向應變，則所測的真應力是間接的，因為瞬時橫截面積是根據體積不變假設而得到的。

2.2.2　平面應變壓縮試驗

平面應變壓縮試驗，除確定應力-應變關系之外，還廣泛地應用于軋制過程的模擬，參見圖2-14。

模擬后試樣的組織結構可以通過水冷方式保留，以便進行微觀分析。此外，變形過程中動態轉變的機理，如動態再結晶及析出等，均可進行研究。

平面應變壓縮與圓柱單向壓縮試驗對比具有如下特點：（1）平面應變壓縮試驗對流變應力的測定更加方便與精確，因其不存在圓柱形試樣壓縮時的“鼓肚”問題；（2）平面應變壓縮試驗更廣泛地應用于軋制過程的模擬，因其應力狀態、變形狀態及熱傳導等更接近于軋制，如圖2-15所示。

平面壓縮變形試驗壓頭及試樣尺寸如圖2-16所示，要求如下。

（1）試樣寬度b與壓頭寬度w之比應在6～10以上，以保證寬度方向的變形忽略不計，由于壓頭兩端試樣的彈性約束阻礙試樣向寬度方向延伸，使試樣變形控制在二維之內。

（2）壓頭寬度w與試樣厚度h之比應在2～4之間，以保證壓頭之間變形均勻；試驗時，應變的測量用沖程控制，應變速率可以隨試樣厚度的變薄而升高，從而更宜進行薄帶材的熱軋模擬研究。

壓頭與試樣間一般用MoS2潤滑，也可用石墨片、鉭片等潤滑。

平面應變壓縮試驗時的名義真應變和平均應力計算公式為：

名義真應變：

　　        （2-5）

名義平均應力：

　　        （2-6）

式中，h為試樣變形后的厚度；h0為試樣變形前的厚度；F為壓縮載荷，由熱/力模擬試驗機測得；w為壓頭寬度；b為試樣寬度。

2.2.3　多道次壓縮試驗

平面應變和單向圓柱體壓縮試驗均可實現多道次軋制過程模擬，試驗的選擇取決于現場所要解決的問題。

一般如果模擬多道次軋制過程，平面應變試驗應用較廣；而圓柱形壓縮試驗則更經常用在鍛壓過程模擬。

Gleeble配置的液壓楔系統，除了可以進行圓柱體單向壓縮試驗外，更適合于平面應變壓縮試驗，可實現多道次、快速及大應變量的熱軋物理模擬。

實例2：超級雙相不銹鋼熱加工性能研究［2］

2507（00Cr25Ni7Mo4N）是第三代超級雙相不銹鋼的代表鋼種，化學成分如表2-3所示，由于雙相不銹鋼的兩相組織具有不同的晶體結構，即體心立方的鐵素體和面心立方的奧氏體，在熱變形過程中，兩相組織的軟化機制不同，因此在熱加工過程中，即在熱軋熱鍛過程中容易開裂。

本試驗對2507雙相不銹鋼在高溫下的變形抗力、應變速率等這些與熱加工性能相關的參數及規律進行研究，以便為實際軋鋼生產提供理論依據。

（1）研究方法

將試樣加工成10mm×15mm×20mm的尺寸，在Gleeble熱模擬機上進行單道次（實驗溫度為950～1200℃，溫度間隔50℃，應變速率分別為10s-1和50s-1）和連續4道次（實驗溫度為950～1100℃，溫度間隔50℃，應變速率為50s-1）的平面應力應變實驗，測定其應力應變曲線。

（2）試驗結果

①單道次平面應力應變試驗

試驗結果見圖2-17，可以看出：

a.變形溫度越高，變形抗力越小。

b.應變速率小，變形抗力也小。

c.在應變速率為10s-1，高于1000℃時，應力-應變曲線出現穩定的平臺。

d.在應變速率為50s-1，高于1100℃時，應力-應變曲線出現較穩定的平臺。

e.說明高于1000℃，試樣熱加工性較好。

②連續4道次平面應力應變試驗

為模擬精軋機連續大變形速率的實際工況，進行了連續4道次平面應力應變試驗，試驗結果如圖2-18所示。