[发明专利]金属板料大变形流动应力曲线的测定方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种计量技术领域的测法，具体是一种金属板料大变形流动应力曲线的测定方法。

背景技术

在中厚板成形领域，作为一种重要的金属精密成形技术，板料体积成形已成为重要的成形途径。它是一种典型的局部大变形过程，往往采用传统的试错法进行工艺和模具设计。这类方法耗时费力，无法适应当今社会高速、高效、大规模生产的要求。数值模拟技术的出现，从根本上解决了这一矛盾。作为一种计算机辅助工程方法，材料流动应力曲线是数值模拟的重要依据之一。但对于中厚板材料而言，采用传统方法测试材料的流动应力曲线存在以下不足：拉伸试验过程中局部缩颈现象发生较早，导致测定的流动应力范围与板料体积成形实际发生的流动应力范围相差较远。如：对于经完全球化退火的中厚板低碳钢材料，拉伸试验测得的流动应力对应的真实应变通常小于0.2，而板料体积成形过程中所发生的真实应变一般大于1.0。

在无法得到实测大变形流动应力曲线的情况下，工程人员往往借助数学模型对超出范围的流动应力曲线进行外推以用于数值模拟，但可供选择的模型众多且无规则，对于常用的数学模型如Ludwik、Ghosh、Voce、Hockett-Sherby、Swift等，即便针对同种材料估测所得的大变形材料流动应力数值上存在很大差距。因此，一旦外推模型选择不当，将导致数值模拟无法准确描述实际成形过程及其现象。

发明内容

本发明的目的在于克服现有的不足，提供一种测定金属板料大变形流动应力曲线的方法。本发明的方法一方面可以给板料体积成形过程数值模拟提供正确的材料性能参数，以保障数值模拟的准确性；另一方面可预先验证不同材料所适用的外推模型，使得工程人员在不具备本实验条件时，在外推模型的选择上仍然具有较为准确的依据。

本发明是通过以下技术条件实现，具体步骤如下：

步骤一，取金属板料，进行初始拉伸试验，得到金属板料的工程应力-应变曲线，将该曲线转化为真实应力-应变曲线；

步骤二，取步骤一所得真实应力-应变曲线的最大真实应变E1，设定大变形流动应力曲线的最大真实应变测试需求E2，得到后续轧制过程的等效应变区间[E1，E2]；

步骤三，设定轧制次数为n，n为≥6的正整数；将步骤二中的等效应变区间[E1，E2]进行n等分，得到每一次轧制过程需发生的理论等效应变值，结合步骤一中的金属板料的厚度，得到每一次的理论轧制后板料厚度；

步骤四，取n块金属板料，每一块金属板料按照步骤三得到的一个理论轧制后板料厚度进行冷轧加工，之后测量得到的轧制后金属板料的实际厚度，共得到n个实际厚度，进而得到每一次的实际轧制等效应变；

步骤五，将步骤四中冷轧加工后的n块金属板料分别进行再拉伸试验，得到n个后继流动应力和n个后继真实应变；

步骤六，将步骤四中每一块金属板料的实际轧制等效应变和步骤五中该金属板料的后继真实应变相加，得到总等效应变，之后再与步骤五中该金属的后继流动应力结合，构成该块金属的一个数据点；依次类推，共得到n个数据点，进而可得到金属板料的大变形流动应力曲线。

所述金属板料是具有延伸性能的塑性金属材料。

步骤五中，再拉伸试验的方向为步骤四中冷轧加工的伸长方向。

步骤五中，后继流动应力的取值具体为：首先根据步骤一得到的真实应力-应变曲线，判断金属板料是否具有明显的屈服阶段，然后进行如下处理：具有明显屈服阶段的金属板料，取后继拉伸曲线中的屈服极限为材料的后继流动应力，对应屈服极限的真实应变为材料的后继真实应变；无明显屈服阶段的金属板料，取后继拉伸曲线中的抗拉强度为材料的后继流动应力，对应抗拉强度的真实应变为材料的后继真实应变。

本发明将轧制工艺和拉伸试验结合在一起，充分利用了轧制过程中静水压应力提高金属材料塑性变形能力的属性，可测得大变形下的流动应力曲线。这种方法简单易操作，可以高效地扩展流动应力的测试范围。通过实际检测证明，该方法可测得真实应变范围大于1.0的流动应力曲线，可以满足板料体积成形过程数值模拟的需要。采用该方法测得5mm厚的C15E钢材料流动应力曲线进行板料体积成形过程数值模拟时，模拟结果和实验测试结果的误差小于5％，表明该方法对保障板料体积成形过程数值模拟准确性上起到了良好的作用，是目前测试中厚板材料大变形流动应力曲线的一种有效的方法。

与现有技术相比，本发明可以给板料体积成形过程数值模拟提供正确的材料性能参数，以保障数值模拟的准确性；可预先验证不同材料所适用的外推模型，使得工程人员在不具备本实验条件时，在外推模型的选择上仍然具有较为准确的依据。

附图说明