[发明专利]一种金属材料拉伸性能的预测方法

说明书

本发明公开了一种金属材料拉伸性能的预测方法，属于金属材料性能测试技术领域。该方法步骤：(1)选择两种以上同类型工艺制备金属材料；(2)通过实验测试所制备材料的拉伸性能；(3)通过拉伸曲线拟合获得所制备材料的关键参数；(4)根据步骤(3)所得关键参数，利用拉伸变形指数硬化模型对其它同类工艺所制备材料的拉伸性能进行预测。本发明仅需测试少量样品的拉伸性能即可实现所有同类处理工艺金属材料的屈服强度、抗拉强度及均匀延伸率的预测。利用该方法可有效减少工程材料开发与选择过程中的拉伸实验，实现拉伸性能高效预测。

技术领域

本发明涉及金属材料性能测试技术领域，具体涉及一种金属材料拉伸性能的预测方法。

背景技术

拉伸性能(包括屈服强度、抗拉强度、延伸率等)是结构材料基本性能，它不但影响了其它静态力学性能，例如硬度、韧性等，也直接影响了材料最终使用时的服役性能。鉴于拉伸性能的基础重要性，一方面工程材料研发过程中拉伸性能的评估是不可或缺的，另一方面材料组织的改性和优化也常常以拉伸强度与塑性的综合改善为目标。因此准确评估拉伸性能对工程材料研发与应用具有重要作用。

众所周知，获得拉伸性能最直接有效的方式是按照国标制备样品并开展拉伸实验。虽然拉伸实验本身并不复杂，但鉴于相关理论的缺乏，在材料在开发、设计与优化过程中往往需要开展大量拉伸实验及相关工艺反复调整，这极大地增加了材料开发的难度与成本。因此，若能通过发展相关理论模型，建立拉伸性能与材料成分及处理工艺之间的关系，从而实现拉伸性能快速预测，无论是在工程材料研发设计上，还是在学科理论建设上，都具有非常重要的意义。

目前，在拉伸性能预测方面，无论是理论模型还是技术手段都很匮乏。在理论研究方面，虽然前期研究揭示了单晶体与多晶体的加工硬化机制，但并没有与拉伸曲线及屈服强度建立定量关系。因此，这些理论只能帮助定性理解揭示加工硬化过程，却不能直接用于建立拉伸性能与工艺定量关系，更不能用来预测拉伸性能。而在工程应用方面，虽然有一些描述拉伸曲线的本构关系，例如常见的几种幂函数方程(Hollomon关系、Luduwik关系、Swift关系及Romberg-Osgood关系)、双曲正切方程(Prager关系)与指数函数方程(Voce关系)，但鉴于缺乏与微观机制的联系，其中参数的物理意义并不明确，因此，这些方程不过都是对实验曲线的拟合而已，并不具有预测拉伸性能的能力。

综上，建立拉伸性能定量关系并实现拉伸性能快速预测具有重要工程与理论意义，然而目前并没有合适的理论模型与技术手段。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金属材料拉伸性能的预测方法，通过建立屈服强度、抗拉强度与塑性三者定量关系，并实现强度、塑性倒置曲线快速预测，从而大幅降低材料工艺优化过程中所需开展的实验量。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种金属材料拉伸性能的预测方法，该方法是通过对2-3种同类型工艺制备的材料进行拉伸实验，根据所得实验数据预测其它同类工艺所制备材料的拉伸性能；该方法具体包括如下步骤：

(1)选择两种以上同类工艺制备金属材料；

(2)通过实验，测试所制备材料的拉伸性能；

(3)通过拉伸曲线拟合，获得所制备材料的关键参数(n、σ_ρs和η)；

(4)根据步骤(3)所得关键参数，利用拉伸变形指数硬化模型，进行其它同类工艺制备材料的拉伸性能预测；

上述步骤(1)中，所述同类工艺是指材料制备中仅改变材料成分(金属材料中元素配比)或工艺参数的制备工艺。(拉伸测试样品的选择须在同一类工艺下进行，例如不同轧制量轧制、不同温度退火或不同程度预变形等，选择2-4种工艺参数差别较大的材料进行步骤(2)的拉伸性能测试。)