“MMS系列熱力模擬實(shí)驗(yàn)機(jī)的研制”項(xiàng)目從1999年開(kāi)始先后得到了教育部、濟(jì)南鋼鐵公司和國(guó)家自然科學(xué)基金的資助。2003年列為國(guó)家自然科學(xué)基金科學(xué)儀器基礎(chǔ)研究專項(xiàng)專向基金項(xiàng)目，資助90萬(wàn)元，深化基礎(chǔ)理論研究，突破技術(shù)關(guān)鍵，形成系列產(chǎn)品,項(xiàng)目批準(zhǔn)號(hào)為：50227401；
2004年研制成功第一代MMS-100熱力模擬實(shí)驗(yàn)機(jī),交付給濟(jì)南鋼鐵公司技術(shù)中心使用；
目前，已經(jīng)具備MMS-100、MMS-200和MMS-300三種型號(hào)熱力模擬實(shí)驗(yàn)機(jī)的研發(fā)能力，擁有12項(xiàng)專利，其中發(fā)明專利7項(xiàng)，已生產(chǎn)不同型號(hào)的MMS系列熱力模擬實(shí)驗(yàn)機(jī)10臺(tái)。實(shí)驗(yàn)設(shè)備分別應(yīng)用于東北大學(xué)、濟(jì)南鋼鐵集團(tuán)公司、華菱湘潭鋼鐵公司、包鋼、漣鋼、江西理工大學(xué)、寶雞鋼管、沈陽(yáng)理工大學(xué)等地，運(yùn)行情況良好，在用戶中擁有良好的口碑。
2009年12月，東北大學(xué)與與濟(jì)南鋼鐵有限公司和華菱湘潭鋼鐵有限公司共同完成的“熱力模擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)與裝備—MMS系列熱力模擬實(shí)驗(yàn)機(jī)的研制與開(kāi)發(fā)”項(xiàng)目通過(guò)了由中國(guó)金屬學(xué)會(huì)組織的科技成果鑒定，并得到評(píng)審專家的肯定與好評(píng)。
2010年獲遼寧省科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)—“現(xiàn)代軋制過(guò)程中試研究創(chuàng)新平臺(tái)”項(xiàng)目。2011年獲冶金科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)—“熱力模擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)與裝備—MMS系列熱力模擬實(shí)驗(yàn)機(jī)的研制與開(kāi)發(fā)”項(xiàng)目。
圖1 MMS-200熱力模擬實(shí)驗(yàn)機(jī)照片
熱力模擬試驗(yàn)是利用小試樣，借助熱力模擬實(shí)驗(yàn)機(jī)，進(jìn)行冶金材料研究的重要手段，在新品開(kāi)發(fā)和工藝優(yōu)化中起重要作用。熱力模擬實(shí)驗(yàn)機(jī)的主要功能是再現(xiàn)材料（特別是鋼鐵材料）在制備或熱加工過(guò)程中的受熱，或同時(shí)受熱及受力的物理過(guò)程，研究材料的組織或性能的變化規(guī)律，評(píng)定或預(yù)測(cè)材料在制備或受熱過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，為制定合理的加工工藝以及研制新材料提供理論指導(dǎo)和技術(shù)依據(jù)。它既可以節(jié)省現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)試驗(yàn)的大量費(fèi)用、時(shí)間和精力，又可以對(duì)所要求的各種參數(shù)進(jìn)行精確的測(cè)量與控制，為工業(yè)大生產(chǎn)過(guò)程積累必要的參數(shù)，提供指導(dǎo)。熱力模擬技術(shù)及熱力模擬實(shí)驗(yàn)機(jī)已廣泛用于鋼鐵材料熱加工過(guò)程（包括軋制、鍛造、焊接、連鑄、熱處理）的研究，成為開(kāi)發(fā)新材料，測(cè)定熱加工過(guò)程組織演變規(guī)律的常用技術(shù)與關(guān)鍵設(shè)備。
MMS系列熱力模擬實(shí)驗(yàn)機(jī)是一臺(tái)高精度、高性能多功能模擬實(shí)驗(yàn)機(jī)，具有多功能模擬能力和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰??？梢阅M溫度、應(yīng)力、應(yīng)變、位移、力、扭轉(zhuǎn)角度、扭矩等參數(shù)，能進(jìn)行多種實(shí)驗(yàn)。具體的實(shí)驗(yàn)種類如下：
- 拉伸實(shí)驗(yàn)；
- 單道次壓縮實(shí)驗(yàn)；
- 平面應(yīng)變壓縮實(shí)驗(yàn)；
- 多道次壓縮實(shí)驗(yàn)；
- 單道次扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)；
- 多道次扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)；
- 大變形實(shí)驗(yàn)（壓扭復(fù)合實(shí)驗(yàn)）；
- 動(dòng)態(tài)CCT實(shí)驗(yàn)；
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- 動(dòng)態(tài)再結(jié)晶實(shí)驗(yàn)；
- 控軋控冷實(shí)驗(yàn)；
- 應(yīng)變誘導(dǎo)實(shí)驗(yàn)；
- 熱裂紋敏感性實(shí)驗(yàn)（SICO）；
- 應(yīng)力松弛PTT實(shí)驗(yàn)；
- 零強(qiáng)溫度(NST)的測(cè)定試驗(yàn)；
- 零塑性溫度（NDT）的測(cè)定實(shí)驗(yàn)；
- 熱處理實(shí)驗(yàn)；
|
- 靜態(tài)CCT實(shí)驗(yàn)；
- 鑄造實(shí)驗(yàn)；
- 靜態(tài)再結(jié)晶實(shí)驗(yàn)
- 焊接熱循環(huán)試驗(yàn)；
- 焊接熱影響區(qū)連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變?cè)囼?yàn)（SH-CCT試驗(yàn)）；
- 擴(kuò)散焊試驗(yàn)；
- 電阻對(duì)焊試驗(yàn)；
|
2 創(chuàng)新性成果
(1) 研制出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的機(jī)械傳動(dòng)裝置，使MMS系列熱力模擬實(shí)驗(yàn)機(jī)成為一套可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)拉伸、壓縮及扭轉(zhuǎn)、壓扭復(fù)合變形等實(shí)驗(yàn)的高性能、多功能一體化實(shí)驗(yàn)裝置。
(2) 提出了斷電觸發(fā)采集和采集時(shí)刻重置的溫度測(cè)量策略，解決了交變電流電磁場(chǎng)嚴(yán)重干擾溫度測(cè)量的精度問(wèn)題。
(3) 基于液壓系統(tǒng)需要高精度、超快速控制的問(wèn)題，采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制策略，保證MMS系列熱力模擬實(shí)驗(yàn)機(jī)高精度和快速變形的準(zhǔn)確性。
(4) 采用試驗(yàn)分類策略，簡(jiǎn)化了界面復(fù)雜程度，使設(shè)備操作簡(jiǎn)單易行。
3 主要性能指標(biāo)
MMS系列熱力模擬實(shí)驗(yàn)機(jī)具有一機(jī)多功能的特點(diǎn)，控制系統(tǒng)、傳感器及主要執(zhí)行元件均實(shí)行國(guó)際采購(gòu)，采用國(guó)外相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)領(lǐng)先產(chǎn)品，從而保證主要性能指標(biāo)達(dá)到或超過(guò)國(guó)外先進(jìn)產(chǎn)品，項(xiàng)目成果達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。熱力模擬實(shí)驗(yàn)機(jī)的主要性能指標(biāo)如下：
| 最高加熱溫度：1700 ℃；
最大拉壓力：196kN；
最大扭矩：100Nm；
最大行程：100mm； |
最大加載速度：2000mm/s (拉力或壓力)；
穩(wěn)態(tài)溫度控制精度：±1℃；
最大應(yīng)變速率：200/s（對(duì)于原始高度為10mm的試樣)。 |
4、主要特點(diǎn)
1.多功能一體化
由原來(lái)國(guó)外多臺(tái)設(shè)備才能實(shí)現(xiàn)的功能，集成為一體，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多功能，可以模擬溫度、應(yīng)力、應(yīng)變、位移、力、扭轉(zhuǎn)角度、扭矩等參數(shù)，能進(jìn)行拉伸、壓縮、扭轉(zhuǎn)、熱連軋、鑄造、相變、形變熱處理、焊接、拉扭復(fù)合、壓扭復(fù)合等二十多種實(shí)驗(yàn)；克服了Gleeble系列熱力模擬實(shí)驗(yàn)機(jī)隨著實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不同需要更換不同的部件的缺點(diǎn)。
2.操作界面簡(jiǎn)單實(shí)用
根據(jù)熱加工領(lǐng)域熱力模擬實(shí)驗(yàn)的種類和特點(diǎn)，將種類繁多的實(shí)驗(yàn)類型進(jìn)行歸類劃分，使操作界面簡(jiǎn)潔實(shí)用、易學(xué)易懂，實(shí)驗(yàn)者能輕松地掌握實(shí)驗(yàn)操作方法、快速完成實(shí)驗(yàn)；
3.低價(jià)格
價(jià)格只相當(dāng)于國(guó)外同類設(shè)備的1/2左右。
4.自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)
擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，其中國(guó)家發(fā)明專利7項(xiàng)，實(shí)用新型專利3項(xiàng)，專用軟件2項(xiàng)。
5.典型試驗(yàn)曲線
圖2 熱處理重復(fù)性試驗(yàn)曲線 |
圖3 典型應(yīng)力-應(yīng)變?cè)囼?yàn)曲線 |
圖4 焊接熱循環(huán)重復(fù)性試驗(yàn)曲線 |
圖5 應(yīng)變速率為1s-1的壓縮重復(fù)性曲線 |
6 結(jié)語(yǔ)
利用MMS系列熱力模擬實(shí)驗(yàn)機(jī)進(jìn)行大量實(shí)驗(yàn)，在開(kāi)發(fā)新品種、探索新的生產(chǎn)工藝或優(yōu)化現(xiàn)有生產(chǎn)工藝等方面作用巨大。該設(shè)備的成功研制與應(yīng)用，標(biāo)志著我國(guó)在材料熱加工領(lǐng)域應(yīng)用的物理模擬設(shè)備開(kāi)發(fā)能力和性能指標(biāo)已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，填補(bǔ)了該領(lǐng)域的國(guó)內(nèi)空白，為國(guó)內(nèi)企業(yè)和研究院校提供了功能齊全、質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的設(shè)備，社會(huì)效益巨大。
附：MMS系列熱力模擬試驗(yàn)機(jī)不同型號(hào)、試驗(yàn)功能和性能指標(biāo)
目前提供3種型號(hào)：MMS-100、MMS-200、MMS-300熱力模擬實(shí)驗(yàn)機(jī)。
MMS-300熱力模擬實(shí)驗(yàn)機(jī)的性能、實(shí)驗(yàn)功能見(jiàn)上述材料中，價(jià)格只相當(dāng)于國(guó)外同類設(shè)備的1/2左右。
MMS-200熱力模擬實(shí)驗(yàn)機(jī)不具備扭轉(zhuǎn)和大變形實(shí)驗(yàn),其它性能、實(shí)驗(yàn)功能與MMS-300熱力模擬實(shí)驗(yàn)機(jī)相同，價(jià)格只相當(dāng)于國(guó)外設(shè)備的1/2左右。
MMS-100熱力模擬實(shí)驗(yàn)機(jī)不具備扭轉(zhuǎn)、多道次壓縮（自動(dòng)）和大變形等三種實(shí)驗(yàn)，其它性能、實(shí)驗(yàn)功能與MMS-200熱力模擬實(shí)驗(yàn)機(jī)相同，價(jià)格只相當(dāng)于國(guó)外同類設(shè)備的2/3左右。
目前，已交付使用的MMS系列熱力模擬實(shí)驗(yàn)機(jī)達(dá)10臺(tái)，已在濟(jì)南鋼廠、東北大學(xué)、湘潭鋼廠、包頭鋼鐵公司、漣源鋼鐵公司、江西理工大學(xué)、寶雞石油鋼管有限公司、沈陽(yáng)理工大學(xué)等得到應(yīng)用?，F(xiàn)正與多家企業(yè)進(jìn)行洽談之中。
MMS-100熱力模擬實(shí)驗(yàn)機(jī)的主要性能指標(biāo)如下：
| 最高加熱溫度：1700 0C；
最大壓（拉）力： 10,000kg (98kN)/ 5,000kg (49kN)；
最大行程： 100mm；
最大加載速度：1000mm/s (拉力或壓力)；
穩(wěn)態(tài)溫度控制精度：±1℃；
力的控制精度：滿量程的0.25%； |
行程的控制精度：10um；
采樣頻率： ≤10kHz；
實(shí)際最大應(yīng)變速率：100/s；
恒應(yīng)變速率變形方式最小變形時(shí)間：18ms；
非恒應(yīng)變速率變形方式最小變形時(shí)間：6ms。 |
能完成的實(shí)驗(yàn)種類如下：
- 拉伸實(shí)驗(yàn)；
- 單道次壓縮實(shí)驗(yàn)；
- 平面應(yīng)變壓縮實(shí)驗(yàn)；
- 動(dòng)態(tài)CCT實(shí)驗(yàn)；
- 動(dòng)態(tài)再結(jié)晶實(shí)驗(yàn)；
- 控軋控冷實(shí)驗(yàn)；
- 應(yīng)變誘導(dǎo)實(shí)驗(yàn)；
- 熱裂紋敏感性實(shí)驗(yàn)（SICO）；
- 應(yīng)力松弛PTT實(shí)驗(yàn)；
- 零強(qiáng)溫度(NST)的測(cè)定試驗(yàn)；
|
- 零塑性溫度（NDT）的測(cè)定實(shí)驗(yàn)；
- 熱處理實(shí)驗(yàn)；
- 靜態(tài)CCT實(shí)驗(yàn)；
- 鑄造實(shí)驗(yàn)；
- 靜態(tài)再結(jié)晶實(shí)驗(yàn)
- 焊接熱循環(huán)試驗(yàn)；
- 焊接熱影響區(qū)連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變?cè)囼?yàn)（SH-CCT試驗(yàn)）；
- 擴(kuò)散焊試驗(yàn)；
- 電阻對(duì)焊試驗(yàn)；
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MMS-200熱力模擬實(shí)驗(yàn)機(jī)的主要性能指標(biāo)如下：
| 最高加熱溫度：1700 0C；
最大壓（拉）力： 12,000kg (118kN)/ 5,000kg (49kN)；
最大行程： 100mm；
最大加載速度：2000mm/s (拉力或壓力)；
穩(wěn)態(tài)溫度控制精度：±1℃；
力的控制精度：滿量程的0.25%；
行程的控制精度：10um；
采樣頻率： ≤10kHz；
實(shí)際最大應(yīng)變速率：100/s。
具體的實(shí)驗(yàn)種類如下：
拉伸實(shí)驗(yàn)；
單道次壓縮實(shí)驗(yàn)；
平面應(yīng)變壓縮實(shí)驗(yàn)；
多道次壓縮實(shí)驗(yàn)；
動(dòng)態(tài)CCT實(shí)驗(yàn)；
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動(dòng)態(tài)再結(jié)晶實(shí)驗(yàn)；
控軋控冷實(shí)驗(yàn)；
應(yīng)變誘導(dǎo)實(shí)驗(yàn)；
熱裂紋敏感性實(shí)驗(yàn)（SICO）；
應(yīng)力松弛PTT實(shí)驗(yàn)；
零強(qiáng)溫度(NST)的測(cè)定試驗(yàn)；
零塑性溫度（NDT）的測(cè)定實(shí)驗(yàn)；
熱處理實(shí)驗(yàn)；
靜態(tài)CCT實(shí)驗(yàn)；
鑄造實(shí)驗(yàn)；
靜態(tài)再結(jié)晶實(shí)驗(yàn)
焊接熱循環(huán)試驗(yàn)；
焊接熱影響區(qū)連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變?cè)囼?yàn)（SH-CCT試驗(yàn)）；
擴(kuò)散焊試驗(yàn)；
電阻對(duì)焊試驗(yàn)；
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MMS-300熱力模擬實(shí)驗(yàn)機(jī)的主要性能指標(biāo)如下：
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最高加熱溫度：1700 0C；
最大拉壓力： 20,000 (196kN)/ 10,000 (98kN)；
最大扭矩： 100Nm；
最大行程： 100mm；
最大加載速度：2000mm/s (拉力或壓力)；
穩(wěn)態(tài)溫度控制精度：±1℃；
力的控制精度：滿量程的0.25%；
行程的控制精度：10um；
采樣頻率： ≤10kHz；
實(shí)際最大應(yīng)變速率：100/s；
恒應(yīng)變速率變形方式最小變形時(shí)間：18ms；
非恒應(yīng)變速率變形方式最小變形時(shí)間：6ms。
具體的實(shí)驗(yàn)種類如下：
拉伸實(shí)驗(yàn)；
單道次壓縮實(shí)驗(yàn)；
平面應(yīng)變壓縮實(shí)驗(yàn)；
多道次壓縮實(shí)驗(yàn)；
單道次扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)；
多道次扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)；
大變形實(shí)驗(yàn)（壓扭復(fù)合實(shí)驗(yàn)）；
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- 動(dòng)態(tài)CCT實(shí)驗(yàn)；
- 動(dòng)態(tài)再結(jié)晶實(shí)驗(yàn)；
- 控軋控冷實(shí)驗(yàn)；
- 應(yīng)變誘導(dǎo)實(shí)驗(yàn)；
- 熱裂紋敏感性實(shí)驗(yàn)（SICO）；
- 應(yīng)力松弛PTT實(shí)驗(yàn)；
- 零強(qiáng)溫度(NST)的測(cè)定試驗(yàn)；
- 零塑性溫度（NDT）的測(cè)定實(shí)驗(yàn)；
- 熱處理實(shí)驗(yàn)；
- 靜態(tài)CCT實(shí)驗(yàn)；
- 鑄造實(shí)驗(yàn)；
- 靜態(tài)再結(jié)晶實(shí)驗(yàn) ；
- 焊接熱循環(huán)試驗(yàn)；
- 焊接熱影響區(qū)連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變?cè)囼?yàn)（SH-CCT試驗(yàn)）；
- 擴(kuò)散焊試驗(yàn)；
- 電阻對(duì)焊試驗(yàn)；
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