[發明專利]一種超高應變率的金屬材料力學性能測試方法

有效

• 申請號: 201710069479.8
• 申請日: 2017-02-08
• 公開（公告）號: CN106706457B
• 公開（公告）日: 2019-08-09
• 發明（設計）人: 徐道春;王鶴蒙;畢丹婕;閆玉珍
• 申請（專利權）人: 北京林業大學
• 主分類號: G01N3/58
• 分類號: G01N3/58
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及固體力學和高速切削交叉技術領域，公開了一種超高應變率的金屬材料力學性能測試方法。該測試方法首先搭建高速直角切削實驗平臺，準備實驗；進行變切削參數的直角切削實驗，得到不同切削參數下的切屑，并獲得主切削力F_C、進給抗力F_T和刀具測量點溫度T_c；將得到的切屑進行分組鑲嵌，并分別進行研磨拋光處理，同時配制腐蝕溶液進行腐蝕處理后，在顯微鏡下觀測其切屑厚度a₀和剪切滑移距△x；建立基于剪切滑移距△x的高速直角切削模型，表征實驗工件的力學性能；采用熱導反求法，求得刀?屑接觸界面溫度T_AP；采用切削物理仿真方法，獲得高速切削剪切滑移區的變形溫度T_AB；最終實現對金屬超高應變率下的剪切應力、應變、應變率和變形溫度的表征。本發明的方法簡單、可靠也易于實現。

技術領域

本發明涉及固體力學和高速切削交叉技術領域，更具體的說，特別涉及一種超高應變率的金屬材料力學性能測試方法。

背景技術

在機械加工高效率、高精度、高柔性和綠色化的發展趨勢下，高速切削加工技術逐漸成為除料加工方式中的一種主流先進制造技術。它以其高效率、高質量和低成本等優勢，得到工業界越來越廣泛的應用，并將帶動整個制造業的進步和效益的提高。

技術實現與廣泛應用促進了人們對高速切削機理的深入研究，同時技術實現也為高速切削機理研究提供了物質基礎和實驗條件。高速切削中變形是高速切削的兩大基礎行為之一，一直以來是切削機理研究的重點。

金屬材料在高速切削過程中的變形是一種屬于大應變、超高應變率范疇的塑性變形行為。常規的材料試驗方法，如分離式Hopkinson壓桿(SHPB)實驗、撞擊板、拉伸桿、爆炸缸等試驗方法，能夠提供低應變、高應變率(1～10⁴/s)情況下的應變效應、應變率效應以及熱效應曲線。但所得結果不能完整描述，高速切削過程的材料塑性變形。因此，為獲得超高應變率(10⁵～10⁷/s)的金屬材料力學性能，需采用其他有效方法。

發明內容

本發明目的在于針對現有技術存在的技術問題，提供一種超高應變率的金屬材料力學性能測試方法，解決了金屬在超高應變率范圍內的力學性能測試困難的問題，與快速落刀實驗必須獲得切屑根部樣本相比，高速直角切削的方法降低了實驗難度，方法簡單、可靠也易于實現。

為了解決以上提出的問題，本發明采用的技術方案為：

一種超高應變率的金屬材料力學性能測試方法，該測試方法具體包括：

步驟S1：搭建高速直角切削實驗平臺，準備實驗工件并將其放置在所述實驗平臺上；

步驟S2：在所述實驗平臺上，對實驗工件進行變切削參數的直角切削實驗，即分別改變切削速度和進給量，得到不同切削參數下的切屑，并獲得主切削力F_C、進給抗力F_T和刀具測量點溫度T_c；

步驟S3：將步驟S2得到的切屑進行分組鑲嵌，并分別進行研磨拋光處理；同時配制所述實驗工件材料對應的腐蝕溶液，并對拋光研磨后的切屑進行腐蝕處理后，在顯微鏡下觀測其切屑厚度a₀和剪切滑移距△x；

步驟S4：建立基于剪切滑移距△x的高速直角切削模型；

步驟S5：根據步驟S2獲得的主切削力F_C和進給抗力F_T、以及步驟S3獲得的切屑厚度a₀和剪切滑移距△x，并結合步驟S4的切削模型，表征實驗工件的力學性能；

步驟S6：采用熱導反求法，獲得穩定時間點的刀具測量點溫度T_c與刀-屑界面溫度的對應關系，求得刀-屑接觸界面溫度T_AP；