[發明專利]通過顯微硬度計測定圓環壓縮過程分流面位置的方法

有效

• 申請號: 202011399805.X
• 申請日: 2020-12-04
• 公開（公告）號: CN112697693B
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發明（設計）人: 李閣平;任杰;袁福森;韓福洲;阿里·穆罕穆德;張英東;郭文斌
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: G01N19/00
• 分類號: G01N19/00
• 代理公司: 沈陽晨創科技專利代理有限責任公司 21001
• 代理人: 張晨

本發明的目的在于提供一種通過顯微硬度計測定圓環壓縮過程中分流面位置的方法，具體步驟為：1)制備壓縮圓環樣品；2)利用顯微硬度儀在樣品上沿半徑方向打一系列點，并將所有硬度點按照距離圓心距離由小到大的順序依次編號；3)利用體式顯微鏡統計每個硬度點到圓心的距離并記錄；4)進行壓縮實驗；5)再次利用體式顯微鏡統計壓縮后每個硬度點距圓心的距離；6)對比壓縮前后對應硬度點到圓心的距離，從而確定分流面具體半徑。本發明具有實驗方法簡單、易于實現、實驗成本低等優點。在得出分流面半徑之后，還可以利用公式進一步計算出圓環壓縮過程中的摩擦因子，為金屬塑性流動的進一步研究提供基本實驗參數。

技術領域

本發明屬于材料分析領域，特別提供通過顯微硬度計測定圓環壓縮過程分流面位置的方法。

背景技術

在塑性體積成形中，金屬流動規律的研究是當今最受人關注的問題之一。很多塑性成形工序，如圓環鐓粗、墊環鐓粗、開式模鍛等，由于金屬可能朝多個方向流動，因此總存在一個分流面。其顯著特征是徑向速度為零，該面以內的金屬向內流動，該面以外的金屬向外流動。金屬的流動決定了體積分配和成形后的工件形狀，其中，分流面是金屬成形過程中體積分配的重要依據。因此，如何確定分流面的具體位置以及進一步研究其變化規律對于塑性變形過程極為重要。眾所周知，金屬的流動行為是由應力狀態決定的，金屬流動方向，分流面位置及試樣外形尺寸的變化實際上是由于摩擦力改變了試樣內部的應力場導致的，由此引發了金屬的塑性流動。因此分流面位置與摩擦因子密切相關。本發明以圓環壓縮為研究對象，為確定環形件的分流面位置以及進一步計算其摩擦因子提供依據。

壓縮是使工件高度減小而橫截面面積增大的鍛造工序，而圓環壓縮是塑性加工中最基本的工藝之一。由于圓環的特殊性，它在不同的變形條件下會產生向內外不同方向的分流面，這使得研究金屬的流動規律變的容易，因此通常使用圓環壓縮來確定其分流面位置并進一步研究金屬的塑性流動規律。

查閱文獻可知圓環壓縮時，可能的分流面位置有兩種情況：

(1)當摩擦因子較小時，分流面半徑小于壓縮后的圓環內徑，分流面在實體外，即金屬全部外流；

(2)當摩擦因子較大時，分流面半徑大于壓縮后的圓環內徑，分流面在實體內，即分流面以內金屬內流，分流面以外金屬外流；

圓環壓縮后樣品截面具有明顯的形貌特征，可以輕易分辨分流面位于實體外還是實體內，因此通過直接觀察壓縮后圓環樣品截面形貌可以大致確定分流面位置。

目前獲得分流面的方法主要有實物實驗，理論計算和數值模擬法三種。

1.實物實驗法

常用的實物實驗法有坐標網格法，密柵云紋法，光塑性法及視塑性法等。其中坐標網格法是研究塑性過程中金屬流動的常用方法，該方法不僅要求在樣品表面印制網格，而且要將試樣順著對稱面分開，并在對稱面上印制網格，最后將兩部分粘接在一起進行變形。通過該方法可以比較直觀，清晰的獲得表面和截面上的坐標網格變化信息。但該方法操作困難，印制均勻網格現實操作中很難實現，且將試樣切開后，破壞了試樣的整體性，對試樣精度產生一定影響。

針對以上的不足，哈爾濱工業大學的張吉和王仲仁教授首次發明了一種定量測試變形體內部流線和應變的方法一一套環螺紋法。該方法的實質是在相應的部位鑲嵌一定數量的螺柱，并在一定條件下使得該組試樣發生變形，將變形后的試樣沿著螺柱中心線的部位分開，使得螺紋界面顯示出來，因此可以獲得金屬截面的流線分布，預知金屬的流動趨勢及分流面大致位置，同時根據螺紋橫截面上螺距變化可得出相應的應變。該方法并不需要切開試樣，保證了試樣的完整性，極大地降低了缺陷。哈爾濱工業大學的王禮良利用該方法研究了圓環墩粗變形金屬流動情況，并通過與數值模擬結果對比，兩者的結果很吻合，也說明了該方法用來研究金屬流動的可行性。但該方法實際操作困難，對于實驗條件有較高的要求，無法普遍應用。而且該方法無法得到分流面的具體位置，只能通過金屬的流線分布大概推斷分流面位置。