摘 要:塑性應(yīng)變比(r 值)是評價金屬材料成形性能的重要指標之一,ISO10113:2020標準規(guī) 定:采用全自動方法測試時,應(yīng)在試樣平行長度部分至少均勻測試3處寬度。根據(jù)ISO10113: 2020標準的要求,采用視頻引伸計同時測試了試樣長度和寬度方向的實時應(yīng)變。結(jié)果表明:視頻 引伸計采用非接觸式測試,避免了與試樣接觸產(chǎn)生的人為不確定因素的影響,測試結(jié)果與人工測試 結(jié)果也更為接近。

關(guān)鍵詞:r 值測試;拉伸試驗;視頻引伸計;同軸度

中圖分類號:TG115.5 文獻標志碼:A 文章編號: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 的真實塑性應(yīng)變之比稱為塑性應(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r 值小于1時,說明材 料厚度方向更容易變形減薄和開裂,沖壓性能不好; 當r 值大于1時,說明材料在沖壓成形過程中,長度 和寬度(面內(nèi))方向上容易變形。因為厚度減薄是薄 板沖壓過程中材料發(fā)生斷裂的主要原因,所以對于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,具備良好的沖壓性能。此外,通過測 試不同取樣方向試樣的r值,可以定量評估金屬塑性 的各向異性,是材料成形能力的一種度量,正確評價 r值對制定薄板深沖工藝具有重要的實踐價值。

根據(jù)最新的r 值測試標準ISO10113:2020《金 屬材料 薄板和薄帶塑性應(yīng)變比(r 值)的測定》中, 全自動方法應(yīng)在試樣平行長度部分均勻測試至少3 處寬度。這給我國主流試驗技術(shù)和國產(chǎn)試驗機測試 能 力 帶 來 了 較 大 的 沖 擊 和 挑 戰(zhàn)[1]。 根 據(jù) ISO 10113:2020標準的要求,采用視頻引伸計同時測試 了試樣長度和寬度方向的實時應(yīng)變。

1 試驗材料及方法

1.1 試驗材料

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 準的要求加工。

1.2 試驗方法

采用加載視頻引伸計的全自動測試方法測定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 試驗設(shè)備和軟件

2.1 試驗設(shè)備

為了降低 設(shè) 備 同 軸 度 對 試 驗 結(jié) 果 的 影 響,選 用了 LE5105型電子萬能試驗機,并配置了對中性 優(yōu)越的拉壓 過 零 疲 勞 試 驗 用 液 壓 楔 形 夾 具,該 設(shè) 備 在 試 驗 前 采 用 自 主 研 發(fā) 設(shè) 計 的 基 于 ASTM E1012 《在拉 伸 和 壓 縮 軸 向 力 作 用 下 驗 證 試 驗 框 架和 樣 品 準 直 精 度 的 標 準 實 施 規(guī) 程 》標 準 的 AlignmentExpert同軸度 校 準 系 統(tǒng),以 對 加 載 機 構(gòu) 的同軸度 進 行 調(diào) 整,確 保 系 統(tǒng) 同 軸 度 滿 足 ASTM E1012Class5等級,消除軸向加載的不均勻性對r 值測定的影響。

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

2.2 試驗軟件

利 用 LE5105 型 電 子 萬 能 試 驗 機 配 置 的 TestMaster測 試 控 制 軟 件,按 照 標 準ISO10113: 2020的要求,自動計算得到真實有效的r 值。

3 試驗過程及結(jié)果分析

3.1 試驗過程

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

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

由于采用的是全自動測試方法,因此計算r 值 時用全自動方法的相應(yīng)公式,長度方向的塑性應(yīng)變 比為

式中:Le 為引伸計標距;ΔL 為縱向增量;F 為對應(yīng) 縱向變形增量時點的拉力;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 試驗結(jié)果

3.2.1 實測結(jié)果

表1為4組不同類型試樣的r 值實測數(shù)據(jù)。為 了研究不同寬度測試線所得到的寬度變形對r 值的 影響,所有試驗均采用33線和3線(3線選擇中間 測試線與離中心線相隔5道的上下對稱線,見圖2) 測試方法進行計算。

由表1可知,按照ISO10113:2020標準,采用 多線位置測試寬度變形,所得到的r 值一致性較好, 33線測試結(jié)果的標準偏差顯著優(yōu)于3線測試結(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

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

采用 TestMaster軟件選取全過程的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 值的波動比高應(yīng)變 區(qū)域的波動要大,高應(yīng)變區(qū)域的r 值更為穩(wěn)定。

4 結(jié)語

用視頻引伸計測試r 值十分方便,還可以根據(jù) 需要測試任意等分長度和寬度方向的實時應(yīng)變,如 文中的32等分(33線)測試方法。

多線形式的寬度方向測試結(jié)果的穩(wěn)定性明顯優(yōu) 于少線形式的寬度方向測試結(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試寬度方向 的變形。

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

參考文獻:

[1] 侯慧寧,方健.測定金屬材料塑性應(yīng)變比(r 值)標準 比對分析研究[J].冶金標準化與質(zhì)量,2020,58(6): 1-5,34.

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

<文章來源 >材料與測試網(wǎng) > 期刊論文 > 理化檢驗－物理分冊 > 58卷 > 2期 (pp:12-14)>