專利名稱：：金屬板料大變形流動應力曲線的測定方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種計量
技術領域：
的測法，具體是一種金屬板料大變形流動應力曲線的測定方法。
背景技術：
：在中厚板成形領域，作為一種重要的金屬精密成形技術，板料體積成形已成為重要的成形途徑。它是一種典型的局部大變形過程，往往采用傳統(tǒng)的試錯法進行工藝和模具設計。這類方法耗時費力，無法適應當今社會高速、高效、大規(guī)模生產(chǎn)的要求。數(shù)值模擬技術的出現(xiàn)，從根本上解決了這一矛盾。作為一種計算機輔助工程方法，材料流動應力曲線是數(shù)值模擬的重要依據(jù)之一。但對于中厚板材料而言，采用傳統(tǒng)方法測試材料的流動應力曲線存在以下不足拉伸試驗過程中局部縮頸現(xiàn)象發(fā)生較早，導致測定的流動應力范圍與板料體積成形實際發(fā)生的流動應力范圍相差較遠。如對于經(jīng)完全球化退火的中厚板低碳鋼材料，拉伸試驗測得的流動應力對應的真實應變通常小于0.2，而板料體積成形過程中所發(fā)生的真實應變一般大于i.o。在無法得到實測大變形流動應力曲線的情況下，工程人員往往借助數(shù)學模型對超出范圍的流動應力曲線進行外推以用于數(shù)值模擬，但可供選擇的模型眾多且無規(guī)則，對于常用的數(shù)學模型如Ludwik、Ghosh、Voce、Hockett-Sherby、Swift等，即便針對同種材料估測所得的大變形材料流動應力數(shù)值上存在很大差距。因此，一旦外推模型選擇不當，將導致數(shù)值模擬無法準確描述實際成形過程及其現(xiàn)象。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有的不足，提供一種測定金屬板料大變形流動應力曲線的方法。本發(fā)明的方法一方面可以給板料體積成形過程數(shù)值模擬提供正確的材料性能參數(shù)，以保障數(shù)值模擬的準確性；另一方面可預先驗證不同材料所適用的外推模型，使得工程人員在不具備本實驗條件時，在外推模型的選擇上仍然具有較為準確的依據(jù)。本發(fā)明是通過以下技術條件實現(xiàn)，具體步驟如下步驟一，取金屬板料，進行初始拉伸試驗，得到金屬板料的工程應力-應變曲線，將該曲線轉化為真實應力-應變曲線；步驟二，取步驟一所得真實應力-應變曲線的最大真實應變El，設定大變形流動應力曲線的最大真實應變測試需求E2，得到后續(xù)軋制過程的等效應變區(qū)間[El，E2];步驟三，設定軋制次數(shù)為n，n為^6的正整數(shù)；將步驟二中的等效應變區(qū)間[El，E2]進行n等分，得到每一次軋制過程需發(fā)生的理論等效應變值，結合步驟一中的金屬板料的厚度，得到每一次的理論軋制后板料厚度；步驟四，取n塊金屬板料，每一塊金屬板料按照步驟三得到的一個理論軋制后板料厚度進行冷軋加工，之后測量得到的軋制后金屬板料的實際厚度，共得到n個實際厚度，進而得到每一次的實際軋制等效應變；步驟五，將步驟四中冷軋加工后的n塊金屬板料分別進行再拉伸試驗，得到n個后繼流動應力和n個后繼真實應變；步驟六，將步驟四中每一塊金屬板料的實際軋制等效應變和步驟五中該金屬板料的后繼真實應變相加，得到總等效應變，之后再與步驟五中該金屬的后繼流動應力結合，構成該塊金屬的一個數(shù)據(jù)點；依次類推，共得到n個數(shù)據(jù)點，進而可得到金屬板料的大變形流動應力曲線。所述金屬板料是具有延伸性能的塑性金屬材料。步驟五中，再拉伸試驗的方向為步驟四中冷軋加工的伸長方向。步驟五中，后繼流動應力的取值具體為首先根據(jù)步驟一得到的真實應力-應變曲線，判斷金屬板料是否具有明顯的屈服階段，然后進行如下處理具有明顯屈服階段的金屬板料，取后繼拉伸曲線中的屈服極限為材料的后繼流動應力，對應屈服極限的真實應變?yōu)椴牧系暮罄^真實應變；無明顯屈服階段的金屬板料，取后繼拉伸曲線中的抗拉強度為材料的后繼流動應力，對應抗拉強度的真實應變?yōu)椴牧系暮罄^真實應變。本發(fā)明將軋制工藝和拉伸試驗結合在一起，充分利用了軋制過程中靜水壓應力提高金屬材料塑性變形能力的屬性，可測得大變形下的流動應力曲線。這種方法簡單易操作，可以高效地擴展流動應力的測試范圍。通過實際檢測證明，該方法可測得真實應變范圍大于1.0的流動應力曲線，可以滿足板料體積成形過程數(shù)值模擬的需要。采用該方法測得5mm厚的C15E鋼材料流動應力曲線進行板料體積成形過程數(shù)值模擬時，模擬結果和實驗測試結果的誤差小于5%，表明該方法對保障板料體積成形過程數(shù)值模擬準確性上起到了良好的作用，是目前測試中厚板材料大變形流動應力曲線的一種有效的方法。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明可以給板料體積成形過程數(shù)值模擬提供正確的材料性能參數(shù)，以保障數(shù)值模擬的準確性；可預先驗證不同材料所適用的外推模型，使得工程人員在不具備本實驗條件時，在外推模型的選擇上仍然具有較為準確的依據(jù)。圖1是本發(fā)明的方法的操作流程圖；圖2是利用本發(fā)明的方法測試所得的5mm厚C15E鋼材料大變形流動應力曲線應用于中厚板擠壓成形數(shù)值模擬所得的載荷-行程曲線和實驗測試結果對比圖；圖3是5mm厚C15E鋼材料由拉伸試驗測定的工程應力-應變曲線，以及由之轉化的真實應力-應變曲線圖；圖4是有明顯屈服階段材料和無明顯屈服階段材料軋制后拉伸實驗測試的數(shù)據(jù)與初始拉伸實驗數(shù)據(jù)對接示意圖；圖5是軋制-拉伸實驗方法測定的5mm厚C15E鋼材料大變形流動應力曲線圖。具體實施例方式以下實施例將結合附圖對本發(fā)明作進一步說明。本實施例在以本發(fā)明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。如圖1所示。本實施例具體換算如下①拉伸試驗中，載荷-位移換算工程應力-應變A/,。,:=丁%=了，其中oE為工程應力、eE為工程應變、P為載荷、A。為材料的原始面積、AL為應變引伸儀測量的長度變化、L。為引伸儀的原始長度(標距)；②拉伸試驗中，工程應力-應變換算真實應力-真實應變o=oE(l+eE)，e=ln(l+eE);③拉伸試驗中，真實應力-真實應變換算等效應力-等效應變0=o，e=|e|，其中0為等效應力，e為等效應變；④軋制工藝中，軋制厚度與軋制真應變的相互換算lnf，其中eT為軋制真應變，h。為軋制前的板厚，^為軋制后的板厚；⑤軋制工藝中，軋制真應變與等效應變的相互換算￡=7|ffT|;⑥軋制后拉伸試驗的總應變2>=e。+ei，^為軋制等效應變，^為再拉伸等效應變。如圖2所示，對于本實施例結果有效性的驗證是通過對比實驗結果與相應的數(shù)值模擬結果，采用5mm厚C15E鋼材料大變形流動應力曲線進行板料體積成形過程數(shù)值模擬所得的載荷-行程曲線與實驗測試結果的對比圖，兩者的誤差小于5%。本實施例的實施過程如下步驟一，取具有延伸性能的塑性金屬材料--經(jīng)完全球化退火的5mm厚C15E鋼板材，進行初始拉伸試驗，根據(jù)公式①得到工程應力-應變曲線，根據(jù)公式②將該曲線轉化為真實應力-應變曲線，如圖3所示。步驟二，確定步驟一中得到的真實應力-應變曲線對應的最大真實應變?yōu)?.183，設定大變形流動應力曲線的最大真實應變測試需求為1.06，根據(jù)公式③得到后續(xù)軋制過程所需的等效應變區(qū)間為;步驟三，設定軋制次數(shù)為8，將等效應變區(qū)間進行8等分，得到每一次軋制過程需發(fā)生的理論等效應變值；根據(jù)板料原始厚度5mm，以及根據(jù)公式④、⑤得到每一次的軋制后理論板料厚度；<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>步驟四，取相同的C15E鋼，按理論軋制后板料厚度分別進行8次冷軋加工，冷軋加工后不進行熱處理，測量得到8個實際軋制后板料厚度；CN<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>之后，根據(jù)板料原始厚度與實際軋制后板料厚度計算得到8個實際軋制等效應變；<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>步驟五，設定再拉伸方向為冷軋加工的伸長方向，將冷軋后的金屬板料分別進行8次再拉伸試驗，根據(jù)公式①、②得到再拉伸試驗的真實應力-應變曲線；通過觀察步驟一的真實應力-應變曲線，得出C15E為無明顯屈服階段材料，故按圖4-b所示，取后繼拉伸曲線中的抗拉強度為材料的后繼流動應力，對應抗拉強度的真實應變?yōu)椴牧系暮罄^真實應變；如所采用的材料為有明顯屈服階段材料，則應按圖4-a所示取得材料的后繼流動應力和后繼真實應變；由此得到8個后繼流動應力和8個后繼真實應變；<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>步驟六，根據(jù)公式⑥，將步驟五中的實際軋制等效應變和步驟六中的后繼真實應變相加，得到n個總等效應變；<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>之后，將步驟六中的后繼流動應力和步驟七中的總等效應變結合，可構成8個數(shù)據(jù)點，進而得到金屬板料的大變形流動應力曲線，如圖5所示。<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>權利要求一種金屬板料大變形流動應力曲線的測定方法，其特征在于，包括如下步驟步驟一，取金屬板料，進行初始拉伸試驗，得到金屬板料的工程應力-應變曲線，將該曲線轉化為真實應力-應變曲線；步驟二，取步驟一所得真實應力-應變曲線的最大真實應變E1，設定大變形流動應力曲線的最大真實應變測試需求E2，得到后續(xù)軋制過程的等效應變區(qū)間[E1，E2]；步驟三，設定軋制次數(shù)為n，n為≥6的正整數(shù)；將步驟二中的等效應變區(qū)間[E1，E2]進行n等分，得到每一次軋制過程需發(fā)生的理論等效應變值，結合步驟一中的金屬板料的厚度，得到每一次的理論軋制后板料厚度；步驟四，取n塊金屬板料，每一塊金屬板料按照步驟三得到的一個理論軋制后板料厚度進行冷軋加工，之后測量得到的軋制后金屬板料的實際厚度，共得到n個實際厚度，進而得到每一次的實際軋制等效應變；步驟五，將步驟四中冷軋加工后的n塊金屬板料分別進行再拉伸試驗，得到n個后繼流動應力和n個后繼真實應變；步驟六，將步驟四中每一塊金屬板料的實際軋制等效應變和步驟五中該金屬板料的后繼真實應變相加，得到總等效應變，之后再與步驟五中該金屬的后繼流動應力結合，構成該塊金屬的一個數(shù)據(jù)點；依次類推，共得到n個數(shù)據(jù)點，進而可得到金屬板料的大變形流動應力曲線。2.根據(jù)權利要求1所述的金屬板料大變形流動應力曲線的測定方法，其特征是，所述金屬板料是具有延伸性能的塑性金屬材料。3.根據(jù)權利要求1所述的金屬板料大變形流動應力曲線的測定方法，其特征是，步驟五中，所述再拉伸試驗的方向為步驟四中冷軋加工的伸長方向。4.根據(jù)權利要求1所述的金屬板料大變形流動應力曲線的測定方法，其特征是，步驟五中，所述后繼流動應力的取值具體為首先根據(jù)步驟一得到的真實應力-應變曲線，判斷金屬板料是否具有明顯的屈服階段；然后進行如下處理具有明顯屈服階段的金屬板料，取后繼拉伸曲線中的屈服極限為材料的后繼流動應力，對應屈服極限的真實應變?yōu)椴牧系暮罄^真實應變；無明顯屈服階段的金屬板料，取后繼拉伸曲線中的抗拉強度為材料的后繼流動應力，對應抗拉強度的真實應變?yōu)椴牧系暮罄^真實應變。全文摘要一種金屬板料體積成形工程領域的金屬板料大變形流動應力曲線的測定方法，具體步驟如下取金屬板料，進行初始拉伸試驗，得到真實應力-應變曲線；得到后續(xù)軋制過程的等效應變區(qū)間；將等效應變區(qū)間進行n等分，得到每一次的理論軋制后板料厚度；取n塊金屬板料，每一塊金屬板料按理論軋制后板料厚度進行冷軋加工，得到n個實際厚度，進而得到每一次的實際軋制等效應變；將冷軋加工后的n塊金屬板料分別進行再拉伸試驗，得到n個后繼流動應力和n個后繼真實應變；進一步得到n個數(shù)據(jù)點，得到金屬板料的大變形流動應力曲線。本發(fā)明的方法可以給板料體積成形過程數(shù)值模擬提供正確的材料性能參數(shù)，為工程人員選擇外推模型提供依據(jù)。文檔編號G01N3/08GK101692028SQ20091019543公開日2010年4月7日申請日期2009年9月10日優(yōu)先權日2009年9月10日發(fā)明者向華,莊新村,李宏燁,趙震申請人:上海交通大學