[发明专利]一种基于全尺寸应变强化的冷变形模具工作曲线设计方法

说明书

本发明涉及一种基于全尺寸应变强化的冷变形模具工作曲线设计方法，属于不锈钢管材加工技术领域。包括以下几步骤：1、制备出近圆柱形的试样；2、将试样平稳放置于压力试验机；3、采用压力试验机平稳施加载荷，控制应变速率和应变量，获得不同参数的应变强化试样；4、试样沿着纵截面剖开，加工出横向全尺寸拉伸试样并进行拉伸试验，获得材料应变强化后的屈服强度；5、通过对不同应变强化参数的强度值进行拟合，获取材料的全尺寸应变强化特征曲线；6、对应变强化特征曲线求导数，获得应变强化速率特征曲线。依照本发明方法，可以快速精准建立奥氏体、双相不锈钢厚壁管材的应变强化特征曲线；可有效预测奥氏体、双相不锈钢等材料的强度值。

技术领域

本发明涉及一种基于全尺寸应变强化的冷变形模具工作曲线设计方法，属于不锈钢管材加工技术领域。

背景技术

深部油气开采时，油井管柱通常会达到5000米，甚至更深。因此，通常要求油井管体具有很高的强度，如110钢级（758MPa）、125钢级（862MPa）、140钢级（965MPa）。此外，航空航天工业通常要求管路系统具有高强、轻质等特点。

当前，应变强化是奥氏体、双相不锈钢管的主要强化机制。因此，通常采用冷变形工艺，如冷轧、冷拔等方法进行高强度奥氏体、双相不锈钢管的设计和制造。

此外，由于对安全性的考虑和要求，通常对能源工业管路系统的均匀性会提出严格的要求，如要求屈服强度长度方向，批次之间的波动值不大于75MPa，有的甚至是波动值不大于50MPa。

因此，如何精准设计和控制奥氏体、双相不锈钢的冷变形工艺和冷变形模具，从而达到精准控制应变强度是高精度、高要求不锈钢管设计和制造的一个重要方向。

相关资料表明，单轴拉伸或者单轴扭转方法可以用来表征材料的本构模型。但是由于受到材料塑形的影响，应变量一般不大，当应变量大于一定值时（如30%左右），材料会产生明显颈缩现象而断裂，从而不能有效表征和预测材料大应变（如应变量＞50%）时的强化特征。此外单轴压缩也往往仅用于材料的本构模型研究，且试样尺寸非常小，（通常直径不大于15mm）。此外上述三种方法通常用来表征材料的变形抗力，实现对设备载荷能力的校核。综上，上述方法都不能快速直观反映材料经过应变强化后，材料本身的强度值的变化，对于冷变形模具的设计也缺乏指导作用。

当前获取材料本构模型和应力应变曲线的小尺寸样品研究思路与工程实践仍然存在较大的差距，特别是由于材料尺寸放大后，由于材料本身不均匀导致的尺寸效应时，其结果往往不能精准指导和应用于工程实践。

此外，为了精准获得材料的应变强化值，需要合理设计冷变形模具的工作曲线使之与材料硬化速率特征曲线相匹配，当材料应变强化特征曲线与冷加工所需的模具工作曲线不一致时，材料变形工艺和难度往往适得其反。同时，不同的材料其硬化速率特征曲线也不一样。因此冷加工模具工作曲线设计也往往需要根据材料变化而做出设计调整。但是，当前模具冷变形工作曲线设计往往基于经验法则，如采用多项式、指数式、或者线性式设计方法，从而导致效率降低、成本增加等问题。

发明内容

针对现有技术不足，本发明的目的在于提供一种基于全尺寸应变强化的冷变形模具工作曲线设计方法。掌握不锈钢等材料的应变强化规律，从而快速、精准指导高精度应变强化型不锈钢管的设计和制造。

本发明解决上述问题的技术方案如下：

一种基于全尺寸应变强化的冷变形模具工作曲线设计方法，包括以下几步骤：

步骤一、采用机械加工方式制备出近圆柱形的试样；

步骤二、将试样平稳放置于压力试验机的下模座，使试样底部和下模座密切配合；然后将上模座倒扣于试样顶部；

步骤三、采用压力试验机对上模座平稳施加载荷，并控制应变速率和应变量，从而获得不同参数的应变强化试样；