摘 要:塑性應(yīng)變比(r 值)是評(píng)價(jià)金屬材料成形性能的重要指標(biāo)之一,ISO10113:2020標(biāo)準(zhǔn)規(guī) 定:采用全自動(dòng)方法測(cè)試時(shí),應(yīng)在試樣平行長(zhǎng)度部分至少均勻測(cè)試3處寬度。根據(jù)ISO10113: 2020標(biāo)準(zhǔn)的要求,采用視頻引伸計(jì)同時(shí)測(cè)試了試樣長(zhǎng)度和寬度方向的實(shí)時(shí)應(yīng)變。結(jié)果表明:視頻 引伸計(jì)采用非接觸式測(cè)試,避免了與試樣接觸產(chǎn)生的人為不確定因素的影響,測(cè)試結(jié)果與人工測(cè)試 結(jié)果也更為接近。

關(guān)鍵詞:r 值測(cè)試;拉伸試驗(yàn);視頻引伸計(jì);同軸度

中圖分類(lèi)號(hào):TG115.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):1001-4012(2022)02-0012-03

在單軸拉伸應(yīng)力作用下,試樣寬度和厚度方向 的真實(shí)塑性應(yīng)變之比稱(chēng)為塑性應(yīng)變比,即r 值。r 值與多晶材料中晶體的擇優(yōu)取向(織構(gòu))有關(guān),反映 了薄板各向異性的程度。當(dāng)r 值小于1時(shí),說(shuō)明材 料厚度方向更容易變形減薄和開(kāi)裂,沖壓性能不好; 當(dāng)r 值大于1時(shí),說(shuō)明材料在沖壓成形過(guò)程中,長(zhǎng)度 和寬度(面內(nèi))方向上容易變形。因?yàn)楹穸葴p薄是薄 板沖壓過(guò)程中材料發(fā)生斷裂的主要原因,所以對(duì)于r 值大的材料,其在厚度方向上的抗變形能力較好,抵 抗變薄能力強(qiáng),具備良好的沖壓性能。此外,通過(guò)測(cè) 試不同取樣方向試樣的r值,可以定量評(píng)估金屬塑性 的各向異性,是材料成形能力的一種度量,正確評(píng)價(jià) r值對(duì)制定薄板深沖工藝具有重要的實(shí)踐價(jià)值。

根據(jù)最新的r 值測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)ISO10113:2020《金 屬材料 薄板和薄帶塑性應(yīng)變比(r 值)的測(cè)定》中, 全自動(dòng)方法應(yīng)在試樣平行長(zhǎng)度部分均勻測(cè)試至少3 處寬度。這給我國(guó)主流試驗(yàn)技術(shù)和國(guó)產(chǎn)試驗(yàn)機(jī)測(cè)試 能 力 帶 來(lái) 了 較 大 的 沖 擊 和 挑 戰(zhàn)[1]。 根 據(jù) ISO 10113:2020標(biāo)準(zhǔn)的要求,采用視頻引伸計(jì)同時(shí)測(cè)試 了試樣長(zhǎng)度和寬度方向的實(shí)時(shí)應(yīng)變。

1 試驗(yàn)材料及方法

1.1 試驗(yàn)材料

采用 BUSD-A、BUSD-B、430不銹鋼以及6082 鋁合金等不同規(guī)格試樣,均按照ISO10113:2020標(biāo) 準(zhǔn)的要求加工。

1.2 試驗(yàn)方法

采用加載視頻引伸計(jì)的全自動(dòng)測(cè)試方法測(cè)定r值,在彈性階段直至屈服階段,橫梁位移速率控制在 2mm/min,在屈服階段之后,橫梁位移速率控制在 5mm/min。各試樣的約定應(yīng)變?yōu)閞5,r8,r15。

2 試驗(yàn)設(shè)備和軟件

2.1 試驗(yàn)設(shè)備

為了降低 設(shè) 備 同 軸 度 對(duì) 試 驗(yàn) 結(jié) 果 的 影 響,選 用了 LE5105型電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī),并配置了對(duì)中性 優(yōu)越的拉壓 過(guò) 零 疲 勞 試 驗(yàn) 用 液 壓 楔 形 夾 具,該 設(shè) 備 在 試 驗(yàn) 前 采 用 自 主 研 發(fā) 設(shè) 計(jì) 的 基 于 ASTM E1012 《在拉 伸 和 壓 縮 軸 向 力 作 用 下 驗(yàn) 證 試 驗(yàn) 框 架和 樣 品 準(zhǔn) 直 精 度 的 標(biāo) 準(zhǔn) 實(shí) 施 規(guī) 程 》標(biāo) 準(zhǔn) 的 AlignmentExpert同軸度 校 準(zhǔn) 系 統(tǒng),以 對(duì) 加 載 機(jī) 構(gòu) 的同軸度 進(jìn) 行 調(diào) 整,確 保 系 統(tǒng) 同 軸 度 滿 足 ASTM E1012Class5等級(jí),消除軸向加載的不均勻性對(duì)r 值測(cè)定的影響。

試樣長(zhǎng) 度 與 寬 度 變 形 測(cè) 試 采 用 自 主 研 發(fā) 的 VNCX型視頻引伸計(jì)(見(jiàn)圖1),該引伸計(jì)通過(guò)軟件 設(shè)置,在試樣寬度方向,可在軸向標(biāo)距范圍內(nèi)任意 設(shè)置均布線數(shù)(1~33),例如試驗(yàn)采用的33線法, 可實(shí)時(shí)跟蹤拉伸 加 載 過(guò) 程 中 試 樣 的 寬 度 變 形(見(jiàn) 圖2)。

2.2 試驗(yàn)軟件

利 用 LE5105 型 電 子 萬(wàn) 能 試 驗(yàn) 機(jī) 配 置 的 TestMaster測(cè) 試 控 制 軟 件,按 照 標(biāo) 準(zhǔn)ISO10113: 2020的要求,自動(dòng)計(jì)算得到真實(shí)有效的r 值。

3 試驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果分析

3.1 試驗(yàn)過(guò)程

為了降低不穩(wěn)定因素對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的影響,采用 與標(biāo)定同軸度相一致的夾塊,并根據(jù)試樣的不同寬 度,嚴(yán)格調(diào)整試樣的對(duì)中性,確保試樣軸向中心線與 上下夾具中心線保持一致。

視頻引伸計(jì)位置固定,確保每次試驗(yàn)不受視頻 引伸計(jì)位置變動(dòng)和狀態(tài)變化的影響。

由于采用的是全自動(dòng)測(cè)試方法,因此計(jì)算r 值 時(shí)用全自動(dòng)方法的相應(yīng)公式,長(zhǎng)度方向的塑性應(yīng)變 比為

式中:Le 為引伸計(jì)標(biāo)距;ΔL 為縱向增量;F 為對(duì)應(yīng) 縱向變形增量時(shí)點(diǎn)的拉力;S0 為原始橫截面積;mE 為彈性部分工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線的斜率。

寬度方向的塑性應(yīng)變比為

式中:b0 為試樣原始寬度;Δb 為寬度增減;ν為泊松 比。

3.2 試驗(yàn)結(jié)果

3.2.1 實(shí)測(cè)結(jié)果

表1為4組不同類(lèi)型試樣的r 值實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。為 了研究不同寬度測(cè)試線所得到的寬度變形對(duì)r 值的 影響,所有試驗(yàn)均采用33線和3線(3線選擇中間 測(cè)試線與離中心線相隔5道的上下對(duì)稱(chēng)線,見(jiàn)圖2) 測(cè)試方法進(jìn)行計(jì)算。

由表1可知,按照ISO10113:2020標(biāo)準(zhǔn),采用 多線位置測(cè)試寬度變形,所得到的r 值一致性較好, 33線測(cè)試結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差顯著優(yōu)于3線測(cè)試結(jié)果 的,這也與方健等[2]的研究結(jié)果一致。

3.2.2 結(jié)果比對(duì)

不同方法測(cè)試r 值的平均值如表2 所示。由 表2可以看出,采用視頻引伸計(jì)測(cè)得的各種材料r 值都比自動(dòng)扣除彈性方式的r 值低,趨于接近人工 方式測(cè)試的r 值或半自動(dòng)方式測(cè)試的r 值。

采用 TestMaster軟件選取全過(guò)程的r 值-應(yīng)變 關(guān)系曲線如圖3所示。由圖3可知,BUSD-B 試樣 在塑性變形階段,低應(yīng)變區(qū)域r 值的波動(dòng)比高應(yīng)變 區(qū)域的波動(dòng)要大,高應(yīng)變區(qū)域的r 值更為穩(wěn)定。

4 結(jié)語(yǔ)

用視頻引伸計(jì)測(cè)試r 值十分方便,還可以根據(jù) 需要測(cè)試任意等分長(zhǎng)度和寬度方向的實(shí)時(shí)應(yīng)變,如 文中的32等分(33線)測(cè)試方法。

多線形式的寬度方向測(cè)試結(jié)果的穩(wěn)定性明顯優(yōu) 于少線形式的寬度方向測(cè)試結(jié)果的穩(wěn)定性,建議在 條件允許的情況下盡量采用多線形式測(cè)試寬度方向 的變形。

視頻引伸計(jì)采用非接觸式測(cè)試,避免了與試樣 接觸產(chǎn)生的人為不確定因素的影響,測(cè)試結(jié)果與人 工測(cè)試結(jié)果也更為接近。

參考文獻(xiàn):

[1] 侯慧寧,方健.測(cè)定金屬材料塑性應(yīng)變比(r 值)標(biāo)準(zhǔn) 比對(duì)分析研究[J].冶金標(biāo)準(zhǔn)化與質(zhì)量,2020,58(6): 1-5,34.

[2] 方健,張建偉.光測(cè)技術(shù)及其在鋼材拉伸試驗(yàn)中的應(yīng) 用[J].理化檢驗(yàn)(物理分冊(cè)),2018,54(8):545-551.

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