[发明专利]一种基于锥台形试样的金属材料变形-组织关系测试方法

说明书

本发明涉及金属塑性成形领域，具体为一种基于锥台形试样的金属材料变形‑组织关系测试方法。锥台形试样包括锥台结构和圆柱结构两部分，其中：圆柱结构的一侧底面为锥台结构的大端底面，直径为D；圆柱结构的高度为H；锥台结构的小端底面直径为d，锥台结构的高度为h；锥台结构的小端底面和圆柱结构远离锥台结构一侧的下底面分别与热模拟试验机的砧子相连。本发明通过设计锥台形试样，在Gleeble系列热模拟试验机上实现金属材料室温或高温下显微组织与变形量的对应关系测试，为目标显微组织下成形工艺参数的设计提供指导。本发明可应用于金属材料的变形加工工艺设计与评价，所获得的量化关系具有应变连续性特征。

技术领域

本发明涉及金属塑性成形领域，具体为一种基于锥台形试样的金属材料变形-组织关系测试方法。

背景技术

随着零件制造技术的不断进步，对于金属材料的加工要求从原来的注重尺寸精度（成形）到尺寸与零件使用性能并重（成形成性）。而金属零件的使用性能又与材料的显微组织密切相关，特别是对于一些优异性能金属材料（如：高温合金、钛合金、铝合金、镁合金、高强钢）以及金属基复合材料来说，显微组织的特征包括晶粒尺寸、相含量、微织构等都会显著影响材料的力学性能与使用性能。为了进一步探究显微组织与变形工艺的关系，人们开展大量的研究。热压缩试验是应用最广泛的热模拟技术之一。

但常规的圆柱形压缩试样，由于两端与砧子接触的摩擦而导致试样各位置应变不均匀。其中心部应变最大，两端为应变很小的死区。因此，在具体实施显微组织分析时，实验者仅考虑试样心部区域。针对不同应变量的情况，需要准备大量的试样进行试验来获得所需的金属材料变形-组织关系。对于某些显微组织与温度和应变量很敏感或随工艺条件有多种变化的材料来说，实验难度显著提高。工程上有采用楔形试样的方式来划线标记不同变形量（如：王超渊，东赟鹏，宋晓俊，方爽，于秋颖，李凯，王淑云. 变形温度及变形量对挤压态FGH96合金晶粒异常长大的影响. 航空材料学报，2016，36（5）：14-20），该方法适合大尺寸试样加热炉加热后再放到液压机上进行变形，而且由于变形后楔形棱边的消失而难以确定不同变形量的部位，只适合在工程上进行粗略的分析和应用。另外，楔形试样的非回转结构也不适用于以电阻加热为工作原理的Gleeble系列热力模拟试验机。

因此，目前的金属材料变形-组织关系测试方法大都存在试验次数较多、难以准确定位变形量变化、操作复杂等缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于锥台形试样的金属材料变形-组织关系测试方法，通过设计锥台形试样，在Gleeble系列热模拟试验机上可以实现金属材料室温或高温下显微组织与变形量的对应关系测试，为目标显微组织下成形工艺参数的设计提供指导。

本发明的技术方案如下：

一种基于锥台形试样的金属材料变形-组织关系测试方法，锥台形试样包括锥台结构和圆柱结构两部分，其中：圆柱结构的一侧底面为锥台结构的大端底面，直径为D；圆柱结构的高度为H；锥台结构的小端底面直径为d，锥台结构的高度为h；锥台结构的小端底面和圆柱结构远离锥台结构一侧的下底面分别与热模拟试验机的砧子相连。

所述的基于锥台形试样的金属材料变形-组织关系测试方法，整体试样的长径比为0（H+h）/D1.5。

所述的基于锥台形试样的金属材料变形-组织关系测试方法，通过设计锥台形试样，在Gleeble系列热模拟试验机上实现金属材料室温或高温下显微组织与变形量的对应关系测试，为目标显微组织下成形工艺参数的设计提供指导。

所述的基于锥台形试样的金属材料变形-组织关系测试方法，该方法具体步骤如下：

（1）锥台形试样尺寸设计

根据待测材料和加工需要，确定试样锥台结构和圆柱结构的主要尺寸参数，包括圆柱结构直径和高度以及锥台结构小端直径和高度；