CN101738370B - 一种判断金属薄板成形极限点的实验方法 - Google Patents

Abstract

一种判断金属薄板成形极限点的实验方法，属于金属薄板成形性能检测技术领域，对实际生产过程起指导作用。其特征是以金属材料发生分散性失稳时的应变状态代替通用的以金属发生破裂的集中性失稳的应变状态，采用压入法测量测量金属薄板成形极限点，材料变形程度的表征是H，它只是材料变形特性的函数，材料在一定载荷下达到的最终变形极限时计算得到的H值是材料的成形极限点，材料压入变形过程的参量为：P，H，ε(

)，和

载荷P，压应力H和压入深度h之间满足：P＝Ch²H(C为常数)。本发明的优点是该方法得到的成形极限点更接近实际金属薄板的极限变形点。

Description

一种判断金属薄板成形极限点的实验方法

技术领域

本发明属于金属薄板成形性能检测技术领域，提供了金属薄板成形极限点的计算方法，对实际生产过程起指导作用。

背景技术

成形极限曲线是通过将钢板在各种应力状态下的成形极限点连成曲线而得到的，是对板材成形性能的一种定量描述。准确绘制成形极限曲线是解决板材冲压问题，判断冲压工艺成败的一种关键判断工具。如何判断金属薄板在各种应力状态下的成形极限点是绘制成形极限曲线的关键之一。通常的方法是在金属的破裂区域获取成形极限点，该方法得到的变形极限点比金属薄板的实际变形极限点偏高，在实际应用过程中会给冲压成形材料的选择带来偏差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种判断金属薄板成形极限曲线的薄板变形极限点实验方法，以金属材料发生分散性失稳时的应变状态代替通用的以金属发生破裂的集中性失稳的应变状态作为该应变状态下应变极限点，克服了用常规金属薄板变形极限点判断方法得到的极限曲线比金属薄板实际的极限曲线偏高的问题，提高了金属薄板在冲压成形过程中的选材准确性。

一种判断金属薄板成形极限点的实验方法，其特征是以金属材料发生分散性失稳时的应变状态代替通用的以金属发生破裂的集中性失稳的应变状态，采用压入法测量测量金属薄板成形极限点，材料变形程度的表征是H，它只是材料变形特性的函数，材料在一定载荷下达到的最终变形极限时计算得到的H值是材料的成形极限点

材料压入变形过程的参量为：P，H，ε $(\mathrm{\ϵ}=\frac{\mathrm{dh}}{h}=d\log h),$ 和

而载荷P和单位面积受的压应力H、压入深度h变形量之间有相互关系式(1)。

载荷P，压应力H和压入深度h之间满足：

P＝Ch²H(C为常数)                (1)

根据压入法关系式(1)确定了材料变形力学状态方程，对于具有一定硬度的材料，在任意瞬时变形时dH，dε，和d log σ满足(2)式所示的关系：

d log σ＝γdH+md ε----(2)

式中，m是应变速率敏感系数，γ是名义变形系数，是变形系数的表征，σ是应力函数：恒温下m和γ都是变形状态H和应变速率ε的函数。

材料的变形系数的测定采用了Nano IndenterII纳米显微力学探针，测试在一定温度T＝20℃±1℃下进行，以恒定的加载速率加载到最大载荷，加载速率范围为：0.1-700mN/s，最大载荷范围为：0.1-700mN，接下来以恒定的载荷保持一定时间，压头的压入深度范围为：50nm-3μm。

材料应变速率敏感系数m的测定是在一定温度T＝20℃±1℃下进行的，采用纳米力学探针以恒定的

的方式加载到最大载荷，然后以恒定载荷保载保持一定时间，速度范围为：0.0001-1.0s^-1，加载速率范围为：0.1-700mN/s。

本发明的优点是该方法得到的成形极限点更接近实际金属薄板的极限变形点。

具体实施方式：

304不锈钢金属薄板成形极限点

采用Nano IndenterII纳米显微力学探针，对304不锈钢金属薄板进行显微硬度压入测试，304不锈钢经过1100℃真空固熔处理，表面经电解抛光。测试在一定温度T＝20℃±1℃下进行，以恒定的加载速率7mN/s、23mN/s、62mN/s加载到最大载荷700mN，接下来以恒定的载荷保持10分钟；每个加载速率在相同的条件下重复进行十次实验。

在一定的加载速率下，随着压入深度的增加、压入应变速率ε的下降，由于存在加工硬化，使压入深度比无加工硬化时的压入深度要小，且随着载荷的增加，压入变形是逐渐减小的，压应力随压入深度的增加而减小，因此是负值；加工硬化率越小，此负值的绝对值越小。在恒定的加载速率条件下，虽然压入应变速率ε随深度的增加而减小，但同时logH的绝对值也下降，二者在相同的数量内变化，对304不锈钢金属薄板来讲，对此范围内的加载速率的变化的敏感性差，因此，其压入变形率变化不大。

304不锈钢金属薄板的应变速率敏感系数m的测定

样品为304不锈钢金属薄板经过1100℃真空固熔处理，表面经电解抛光，尽量减少表面处理对硬化状态的影响，所获得的数据是在压头的压入深度为1000nm以上的范围，以最大限度地避免表面层作用的影响，因材料的硬化可能受到表面层或暴露在环境条件下的影响。在一定温度T＝20℃±1℃下，试验采用以恒定的的方式加载到最大载荷700mN，分别以0.15s-1，0.05s-1，0.005s-1三个速度加载，然后以最大载荷700mN保载十分钟。这种试验的设计，对具有恒硬化状态的材料，恒定的将得到恒定的变形速率()，在试验测试中，采用多次重复性试验方法，取重复性好的试验结果进行分析讨论，所以，每个加载速率在相同的条件下重复进行十次试验。试验由NanoIndenterII显微力学性能探针来完成。在恒定的加载过程中，硬度不变；在恒载荷的保持阶段，由于压入深度的继续增加，硬度也随着下降；随着的减小，硬度H也随之降低。由分别为0.15s-1，0.05s-1，0.005s-1的速度加载，得到相应的硬度H和压入应变速率ε值，由此得到了在一定压入变形条件下的应变敏感系数的测量值m。

Claims (3)

1.一种判断金属薄板成形极限点的实验方法，其特征是以金属材料发生分散性失稳时的应变状态代替通用的以金属发生破裂的集中性失稳的应变状态，采用压入法测量金属薄板成形极限点，材料变形程度的表征是H，它只是材料变形特性的函数，材料在一定载荷下达到的最终变形极限时计算得到的H值是材料的成形极限点，材料压入变形过程的参量为：P，H，ε，其中

而载荷P和单位面积受的压应力H、压入深度h变形量之间有相互关系式(1)；

载荷P，压应力H和压入深度h之间满足：

P＝Ch²H，其中C为常数                    (1)

根据压入法关系式(1)确定了材料变形力学状态方程，对于具有一定硬度的材料，在任意瞬时变形时dH，dε，和d logσ满足(2)式所示的关系：

d logσ＝γdH+mdε----(2)

式中，m是应变速率敏感系数，γ是名义变形系数，是变形系数的表征，σ是应力函数：恒温下m和γ都是变形状态H和应变速率ε的函数。

2.如权利要求1所述一种判断金属薄板成形极限点的实验方法，其特征是材料的名义变形系数的测定采用了Nano IndenterII纳米显微力学探针，测试在一定温度T＝20℃±1℃下进行，以恒定的加载速率加载到最大载荷，加载速率范围为：0.1-700mN/s，最大载荷范围为：0.1-700mN，接下来以恒定的载荷保持一定时间，压头的压入深度范围为：50nm-3μm。

3.如权利要求1所述一种判断金属薄板成形极限点的实验方法，其特征是应变速率敏感系数m的测定是在一定温度T＝20℃±1℃下进行的，采用纳米力学探针以恒定的

的方式加载到最大载荷，然后以恒定载荷保载保持一定时间，速度范围为：0.0001-1.0s^-1，加载速率范围为：0.1-700mN/s。