[發明專利]一種測試金屬板材雙軸屈服和硬化行為的方法

有效

• 申請號: 201610950749.1
• 申請日: 2016-10-26
• 公開（公告）號: CN107991177B
• 公開（公告）日: 2020-09-18
• 發明（設計）人: 宋鴻武;陳帥鋒;張士宏
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G01N1/28
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

本發明涉及金屬板材變形測試技術領域，具體涉及一種測試金屬板材雙軸屈服與硬化行為的方法。該方法設計新的十字形試樣幾何結構，通過測量雙軸載荷直接獲得金屬板材的雙軸初始和后續屈服應力；所設計的試樣特征為帶縫隙開口溝槽和中心變形區減薄，通過實時測量減薄區固定中心點的應變確定金屬板材發生屈服的時刻和后續硬化對應的應變。本發明可以在固定應變跟蹤點條件下，通過測量雙軸載荷直接獲得金屬板材的初始雙軸屈服應力和后續屈服應力(硬化)。本發明利用新型十字形試樣雙軸加載過程中跟蹤固定中心點位置的應變，通過測量得到的雙軸載荷可以直接獲得初始雙軸屈服應力和后續屈服應力值，測試方法簡單，可控性高。

技術領域

本發明涉及金屬板材變形測試領域，具體涉及一種新的測試金屬板材雙軸屈服與硬化行為的方法，利用十字形試樣獲得金屬板材不同應變路徑下屈服和硬化行為。

背景技術

金屬材料的屈服與硬化是金屬塑性變形過程中的重要變形行為，不僅體現了金屬材料的變現特點(各向異性屈服與硬化等)，同樣影響金屬零件的尺寸精度(零件厚度變化與回彈等)。宏觀本構方程旨在精確的描述金屬材料的屈服和硬化行為，進而給出其塑性加工過程中準確的力學響應和尺寸精度預測。

目前，為描述不同金屬材料的變形行為，研究人員已提出大量的宏觀本構模型，并且隨著金屬材料不斷更新，宏觀本構方程所需參數日益增多，傳統單軸實驗方法已無法滿足本構模型的參數擬合需要。

金屬材料的雙軸變形行為一般采用雙軸加載設備通過控制雙軸的速度比對雙軸試樣進行加載，并可通過設定不同的雙軸速度比，獲得材料不同加載路徑的屈服和硬化行為。如圖1所示，雙軸加載試樣主要為十字花型試樣，十字花試樣臂部均勻開設兩端不貫通的縫隙1(縫隙寬度為0.2mm)。為了獲得小的臂部變形，并保證中心區域均勻變形，試樣設計思路如下：(1)在試樣臂部設計不同缺口圓角半徑；(2)對中心區進行減薄處理；(3)在試樣臂部設計一定數量和長度的開口溝槽以減小臂部剛度。獲得雙軸屈服應力的方法為：首先通過數值模擬獲得最佳的應變跟蹤位置，調整雙軸加載速度比控制實現不同應變路徑，測量雙軸載荷獲得雙軸應力。該方法目前被廣泛采用，但存在如下問題：(1)應變跟蹤位置確定比較復雜，需要大量的數值模擬工作，而且模擬輸入的材料本構為虛擬的，導致計算結果與實際存在較大偏差；(2)確定的應變跟蹤位置由于不在試樣中心，因此實際應變測試時的定位也很難準確；(3)僅能用來測試獲得金屬板材的初始屈服應力，不能獲得后續屈服應力。上述問題導致目前的測試方法實施復雜且測量誤差較大，同時不同測試后續屈服應力。

發明內容

針對目前金屬板材雙軸屈服和硬化行為測試存在的問題，本發明提供了一種新的測試金屬雙軸屈服與硬化行為的方法，采用雙軸加載設備和新設計十字花試樣，固定幾何中心作為應變跟蹤位置，利用實驗裝置采集的軸向力數據，通過簡單計算即可獲得金屬材料準確的雙軸屈服與硬化變形行為。

本發明的技術方案是：

一種測試金屬板材雙軸屈服和硬化行為的方法，該方法設計新的十字形試樣幾何結構，通過測量雙軸載荷直接獲得金屬板材的雙軸初始和后續屈服應力；所設計的試樣特征為帶縫隙開口溝槽和中心變形區減薄，通過實時測量減薄區固定中心點的應變確定金屬板材發生屈服的時刻和后續硬化對應的應變。

所述的測試金屬板材雙軸屈服和硬化行為的方法，縫隙開口溝槽長度是控制測試精度的關鍵參數，對于不同厚度的金屬板材，對應不同的縫隙開口溝槽長度。

所述的測試金屬板材雙軸屈服和硬化行為的方法，通過改變雙軸加載的速度比獲得不同的應變路徑。

所述的測試金屬板材雙軸屈服和硬化行為的方法，金屬板材的雙軸應力由測量獲得的雙軸載荷直接求得。

所述的測試金屬板材雙軸屈服和硬化行為的方法，具體包括如下步驟：

(1)十字花試樣加工