CN102507326A - 一种快速确定金属材料应变硬化指数的方法 - Google Patents

Abstract

一种快速确定金属材料应变硬化指数的方法，包括如下步骤：第一，根据拉伸试验数据，绘制拉伸曲线σ-ε；第二，确定“产生应变硬化作用的起点”；第三确定“产生应变硬化作用的终点”；第三，在拉伸曲线上确定两个“关键点”：（ε ₁，σ ₁），（ε ₂，σ ₂）；第四，根据公式计算应变硬化指数，具有易操作，效率高和不受人为因素影响的特点。

Description

一种快速确定金属材料应变硬化指数的方法

技术领域

本发明涉及一种确定金属材料指数的方法，具体涉及一种快速确定金属材料应变硬化指数的方法，主要用于各种钢铁材料方面。

背景技术

应变硬化指数值可作为度量材料拉伸时塑性变形阶段的应变硬化能力的一个参量，反映了材料开始屈服以后，继续变形时材料的应变硬化情况。它的大小不但决定着材料冲压性能的好坏，而且决定着机件承受偶然过载能力的强弱，因为较大的应变硬化指数值可以阻止机件某些薄弱部位继续塑性变形，从而保证机件安全服役。硬化指数不仅在工程上具有重要价值，而且和许多力学性能特征值都有定量关系，如断裂韧性，如疲劳裂纹扩展门槛值。因此简单、快速且准确获得材料的应变硬化指数十分有必要。

目前测定应变硬化指数n的方法很多，有最大均匀伸长法，最大载荷法，两点法，四点法，七点法等。但这些方法要么测量值误差大，要么方法复杂，使用起来不方便，甚至需要计算机协助处理。因为测试处理方法多样，也导致不同测试方法获得数据可比性降低。如有检测者将全程应变硬化阶段的“σ、ε”分为很多小段，在每小段范围内求n，然后取算术平均，产生很大误差，例如：按应变每0.01分为小段，一般误差达到15%，最大的达到30%。有检测者为了避免测量值的不确定性，取全称应变硬化变形阶段的“σ、ε”进行拟合，结果误差通常也达到 10%以上。也有采用递推的方法逐步逼近，但工作量大，容易出错，且通常必须有计算机协助。同时也要求拥有原始应力应变数据。

因此，取最少的点，将硬化指数精度控制在标准和工程要求范围内，并且测量数据不受人为因素的影响变得尤为重要。本发明主要就是解决了这个问题，实现了更快速、更方便且准确获得金属材料应变硬化指数，尤其是钢铁材料。

发明内容

为了解决以上问题，本发明的目的在于提供了一种快速确定金属材料应变硬化指数的方法，具有简单、快捷、准确确定应变硬化指数的特点。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种快速确定金属材料应变硬化指数的方法，包括如下步骤：

第一，根据拉伸试验数据，绘制拉伸曲线 σ-ε；

第二，在上步绘制的拉伸曲线上确定“产生应变硬化作用的起点”

如果材料具有明显的屈服点，则以材料发生屈服后，应力开始单调上升的点为“产生应变硬化作用的起点”，该点所对应的应变为ε _y；如果材料没有明显的屈服点，则做拉伸曲线线弹性部分的平行线，然后向应变增加的方向平移0.002，与拉伸曲线的交点则为“产生应变硬化作用的起点”，该起点所对应的应变即ε _y；

第三，在第一步绘制的拉伸曲线上确定“产生应变硬化作用的终点“

在拉伸曲线上，以应力达到最大值σ_max所对应的点为“产生应变硬化作用的终点”，该终点所对应的应变为ε _b，也就是抗拉强度对应的应变；

第四，在拉伸曲线上确定两个“关键点”

两个关键点：（ε ₁，σ ₁），（ε ₂，σ ₂）是根据“产生应变硬化作用的起点”和“产生应变硬化作用的终点”确定的，确定方法如下：

第一个“关键点”的应变为：ε ₁＝0.4ε _b+0.6ε _y，令所对应的应力为σ ₁

第二个“关键点”的应变为：ε ₂＝0.5ε _b+0.5ε _y，令所对应的应力为σ ₂

ε ₁——第一个“关键点”的应变；

ε ₂——第二个“关键点”的应变；

ε _y——“产生应变硬化作用的起点”的应变，MPa；

ε _b——“产生应变硬化作用的终点”的应变，MPa；

σ ₁——第一个“关键点”的应力，MPa；

σ ₂——第二个“关键点”的应力，MPa；

第五，根据上步骤中确定的关键点（ε ₁，σ ₁），（ε ₂，σ ₂）计算应变硬化指数

式中：ε _y——“产生应变硬化作用的起点”的应变；

ε _b——“产生应变硬化作用的终点”的应变；

ε ₁——第一个“关键点”的应变；

ε ₂——第二个“关键点”的应变；

σ ₁——第一个“关键点”的应力，MPa；

σ ₂——第二个“关键点”的应力，MPa；

本发明的有益效果是：

由于本发明采取最少的点，将硬化指数精度控制在标准和工程要求范围内，并且测量数据不受人为因素的影响，能够更快速、更方便且准确获得金属材料应变硬化指数，尤其是钢铁材料，具有易操作，效率高和不受人为因素影响的特点。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例一

对一种经正火处理获得的中碳低合金钢的应变硬化指数进行确定，其组织为铁素体+珠光体。

一种快速确定金属材料应变硬化指数的方法，包括如下步骤：

第一，根据拉伸试验数据，绘制拉伸曲线 σ-ε；

第二，在上步绘制的拉伸曲线上确定“产生应变硬化作用的起点”

因为材料具有明显的屈服点，因此以材料发生屈服后，应力开始单调上升的点作为“产生应变硬化作用的起点”，该起点所对应的应变为0.0055；

第三，在第一步绘制的拉伸曲线上确定“产生应变硬化作用的终点”

以应力达到最大值σ_max所对应的点为“产生应变硬化作用的终点”，该终点所对应的应变为0.1135； 

第四，在拉伸曲线上确定两个“关键点”

第一个“关键点”的应变为：ε ₁＝0.4ε _b+0.6ε _y= 0.0487，

对应的应力为σ ₁=597.50 MPa

第二个“关键点”的应变为：ε ₂＝0.5ε _b+0.5ε _y=0.0595，

对应的应力为σ ₂=629.64 MPa

第五，根据上步骤中确定的关键点（0.0487，597.50），（0.0595，629.64），计算应变硬化指数：

=0.316458

与最大应变硬化值偏差为：-0.1%.

全程拟合与最大应变硬化值偏差为：-18.8%

实施例二

对于一种先淬火后回火处理获得的中碳低合金钢的应变硬化指数进行确定，其组织为铁素体+上贝氏体+回火索氏体。

一种快速确定金属材料应变硬化指数的方法，包括有如下步骤：

第一，根据拉伸试验数据，绘制拉伸曲线 σ-ε；

第二，在上步绘制的拉伸曲线上确定“产生应变硬化作用的起点”

因为材料具有明显的屈服点，因此以材料发生屈服后，应力开始单调上升的点作为“产生应变硬化作用的起点”，该起点所对应的应变为0.01026；

第三，在第二步绘制的拉伸曲线上确定“产生应变硬化作用的终点”

以应力达到最大值σ_max所对应的点为“产生应变硬化作用的终点”，该终点所对应的应变为0.0722； 

第四，在拉伸曲线上确定两个“关键点”

第一个“关键点”的应变为：ε ₁＝0.4ε _b+0.6ε _y= 0.030862，

对应的应力为σ ₁=666.87 MPa

第二个“关键点”的应变为：ε ₂＝0.5ε _b+0.5ε _y=0.037156，

对应的应力为σ ₂=684.80 MPa

第五，根据上步骤中确定的关键点（0.030862，666.87），（0.037156，684.80），计算应变硬化指数：

=0.203383

与最大应变硬化值偏差为：-0.3%.

全程拟合与最大应变硬化值偏差为：-12.2%

实施例三：

对一种先淬火后回火中碳低合金钢的应变硬化指数进行确定，其组织为完全马氏体。

一种快速确定金属材料应变硬化指数的方法，包括如下步骤：

第一，根据拉伸试验数据，绘制拉伸曲线 σ-ε；

第二，在上步绘制的拉伸曲线上确定“产生应变硬化作用的起点”

因为材料具有明显的屈服点，因此以材料发生屈服后，应力开始单调上升的点作为“产生应变硬化作用的起点”，该起点所对应的应变为0.01202；

第三，在第二步绘制的拉伸曲线上确定“产生应变硬化作用的终点”

以应力达到最大值σ_max所对应的点为“产生应变硬化作用的终点”，该终点所对应的应变为0.0643；

第四，在拉伸曲线上确定两个关键点

第一个“关键点”的应变为：ε ₁＝0.4ε _b+0.6ε _y= 0.030112，

对应的应力为σ ₁=866.32 MPa

第二个“关键点”的应变为：ε ₂＝0.5ε _b+0.5ε _y=0.035662，

对应的应力为σ ₂=876.15 MPa

第五，根据上步骤中确定的关键点（0.030112，866.32），（0.035662，876.15），计算应变硬化指数：

=0.112784

与最大应变硬化值偏差为：-0.9%.

全程拟合与最大应变硬化值偏差为：-12.1%。

Claims (4)

1.一种快速确定金属材料应变硬化指数的方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一，根据拉伸试验数据，绘制拉伸曲线 σ-ε；

第二，在上步绘制的拉伸曲线上确定“产生应变硬化作用的起点”

如果材料具有明显的屈服点，则以材料发生屈服后，应力开始单调上升的点为“产生应变硬化作用的起点”，该点所对应的应变为ε _y；如果材料没有明显的屈服点，则做拉伸曲线线弹性部分的平行线，然后向应变增加的方向平移0.002，与拉伸曲线的交点则为“产生应变硬化作用的起点”，该点所对应的应变即ε _y；

第三，在第一步绘制的拉伸曲线上确定“产生应变硬化作用的终点“

在拉伸曲线上，以应力达到最大值σ_max所对应的点为“产生应变硬化作用的终点”，该点所对应的应变为ε _b，也就是抗拉强度对应的应变；

第四，在拉伸曲线上确定两个“关键点”

两个关键点：（ε ₁，σ ₁），（ε ₂，σ ₂）是根据“产生应变硬化作用的起点”和“产生应变硬化作用的终点”确定的，确定方法如下：

第一个“关键点”的应变为：ε ₁＝0.4ε _b+0.6ε _y，令所对应的应力为σ ₁

第二个“关键点”的应变为：ε ₂＝0.5ε _b+0.5ε _y，令所对应的应力为σ ₂

ε ₁——第一个“关键点”的应变；

ε ₂——第二个“关键点”的应变；

ε _y——“产生应变硬化作用的起点”的应变，MPa；

ε _b——“产生应变硬化作用的终点”的应变，MPa；

σ ₁——第一个“关键点”的应力，MPa；

σ ₂——第二个“关键点”的应力，MPa；

第五，根据上步骤中确定的关键点（ε ₁，σ ₁），（ε ₂，σ ₂）计算应变硬化指数

式中：ε _y——“产生应变硬化作用的起点”的应变；

ε _b——“产生应变硬化作用的终点”的应变；

σ ₁——第一个“关键点”的应力，MPa；

σ ₂——第二个“关键点”的应力，MPa。

2.根据权利要求1所述的一种快速确定金属材料应变硬化指数的方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一，根据拉伸试验数据，绘制拉伸曲线 σ-ε；

第二，在上步绘制的拉伸曲线上确定“产生应变硬化作用的起点”

因为材料具有明显的屈服点，因此以材料发生屈服后，应力开始单调上升的点作为“产生应变硬化作用的起点”，该起点所对应的应变为0.0055；

第三，在第一步绘制的拉伸曲线上确定“产生应变硬化作用的终点”

以应力达到最大值σ_max所对应的点为“产生应变硬化作用的终点”，该终点所对应的应变为0.1135； 

第四，在拉伸曲线上确定两个“关键点”

第一个“关键点”的应变为：ε ₁＝0.4ε _b+0.6ε _y= 0.0487，

对应的应力为σ ₁=597.50 MPa

第二个“关键点”的应变为：ε ₂＝0.5ε _b+0.5ε _y=0.0595，

对应的应力为σ ₂=629.64 MPa

第五，根据上步骤中确定的关键点（0.0487，597.50），（0.0595，629.64），计算应变硬化指数：

=0.316458

与最大应变硬化值偏差为：-0.1%.

全程拟合与最大应变硬化值偏差为：-18.8%。

3.根据权利要求1所述的一种快速确定金属材料应变硬化指数的方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一，根据拉伸试验数据，绘制拉伸曲线 σ-ε；

第二，在上步绘制的拉伸曲线上确定“产生应变硬化作用的起点”

因为材料具有明显的屈服点，因此以材料发生屈服后，应力开始单调上升的点作为“产生应变硬化作用的起点”，该起点所对应的应变为0.01026；

第三，在第二步绘制的拉伸曲线上确定“产生应变硬化作用的终点”

以应力达到最大值σ_max所对应的点为“产生应变硬化作用的终点”，该终点所对应的应变为0.0722； 

第四，在拉伸曲线上确定两个“关键点”

第一个“关键点”的应变为：ε ₁＝0.4ε _b+0.6ε _y= 0.030862，

对应的应力为σ ₁=666.87 MPa

第二个“关键点”的应变为：ε ₂＝0.5ε _b+0.5ε _y=0.037156，

对应的应力为σ ₂=684.80 MPa

第五，根据上步骤中确定的关键点（0.030862，666.87），（0.037156，684.80），计算应变硬化指数：

=0.203383

与最大应变硬化值偏差为：-0.3%.

全程拟合与最大应变硬化值偏差为：-12.2%。

4.根据权利要求1所述的一种快速确定金属材料应变硬化指数的方法，其特征在于，包括有如下步骤：

第一，根据拉伸试验数据，绘制拉伸曲线 σ-ε；

第二，在上步绘制的拉伸曲线上确定“产生应变硬化作用的起点”

因为材料具有明显的屈服点，因此以材料发生屈服后，应力开始单调上升的点作为“产生应变硬化作用的起点”，该起点所对应的应变为0.01202；

第三，在第二步绘制的拉伸曲线上确定“产生应变硬化作用的终点”

以应力达到最大值σ_max所对应的点为“产生应变硬化作用的终点”，该终点所对应的应变为0.0643；

第四，在拉伸曲线上确定两个关键点

第一个“关键点”的应变为：ε ₁＝0.4ε _b+0.6ε _y= 0.030112，

对应的应力为σ ₁=866.32 MPa

第二个“关键点”的应变为：ε ₂＝0.5ε _b+0.5ε _y=0.035662，

对应的应力为σ ₂=876.15 MPa

第五，根据上步骤中确定的关键点（0.030112，866.32），（0.035662，876.15），计算应变硬化指数：

=0.112784

与最大应变硬化值偏差为：-0.9%.

全程拟合与最大应变硬化值偏差为：-12.1%。