CN107084888B - 一种应变诱导裂纹优化可锻造性最佳温度范围的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种应变诱导裂纹优化可锻造性最佳温度范围的方法，其特征在于：将试样安装在试验机的真空腔内，两端用夹具夹好，编程设定形变过程的参数，在高真空条件下，采用电阻加热的方法升温至变形温度，然后对试样轴向施加压缩，应变达到一定量时表面产生裂纹，根据实验采集的数据来分析计算，并绘制出圆周应力‑圆周应变曲线，以及表面开裂所需应变与变形温度的关系曲线；而后优化可锻造性温度范围。本发明克服了高温热塑性温度范围较宽的缺点，提高锻造的成材率，降低锻造的失败率有重要意义，以及防止和预判热加工裂纹具有重要意义。

Description

一种应变诱导裂纹优化可锻造性最佳温度范围的方法
技术领域
本发明具体涉及利用应变诱导裂纹(SICO)优化可锻造性最佳温度范围的方法。属于钢铁物理热模拟分析技术领域。
背景技术
可锻造性加工温度是根据金属材料的高温热塑性来制定的，即钢在恒温下，以一定的应变速率拉伸直至试样发生颈缩并被拉断，然后测量断面收缩率随着温度的变化曲线来表征塑性的高低。而一般金属材料在650℃～熔点范围内的高温热塑性有三个脆性温度区间，其中第二脆性温度区间约在900～1200℃，但由于现在炼钢水平的提高，钢中影响脆性的夹杂物，O、S含量等控制的很好，测得的第二脆性温度区间很小，甚至没有第二脆性温度区间，即1000℃左右都是钢的塑性区，但制定锻造工艺时仍然可能会出现表面和内部的细微裂纹，导致大量锻件报废，这种确定锻造温度范围的方法已经无法完全满足需要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种利用应变诱导裂纹SICO优化可锻造性最佳温度范围的方法，SICO是一种测取材料可加工性数据的快速高效的方法，它是指strain induce crack opening，即应变诱导裂纹产生，将一个圆棒试样夹在一对铜夹具中间，其自由跨度为直径的3～4倍。试样在压缩变形前被加热到一个预期温度，变形参数可以模拟现场锻造工艺，当试样被压缩时，在试样中间跨度材料的强度较低，将向外鼓肚凸起发生环状应变，当破裂极限被超越时，裂纹就出现在鼓肚的圆周上，记录产生裂纹所需要的最小应变。通过产生裂纹所需的应变与温度的关系曲线，再结合热拉伸得到的热塑性数据来确定最佳可锻造性温度区间，SICO试验更加符合实际锻造情况，这对克服高温热塑性温度范围较宽的缺点以及防止和预判热加工裂纹更具有重要意义。
具体的技术方案为：一种应变诱导裂纹优化可锻造性最佳温度范围的方法，将试样安装在试验机的真空腔内，两端用夹具夹好，编程设定形变过程的参数，在高真空条件下，采用电阻加热的方法升温至变形温度，然后对试样轴向施加压缩，应变达到一定量时表面产生裂纹，根据实验采集的数据来分析计算，并绘制出圆周应力-圆周应变曲线，以及表面开裂所需应变与变形温度的关系曲线；
利用热拉伸试验测量材料塑性随着不同温度的变化规律，一般在650℃～熔点范围内，每隔50℃取一个点，进行高温恒温拉伸，拉断后测量并计算断面收缩率来表征材料的塑性，绘制断面收缩率随着温度变化的曲线，然后获得可锻造性温度范围；最后利用表面开裂所需应变与变形温度的关系曲线优化可锻造性温度范围。
优选地，表面开裂所需应变与变形温度的关系曲线中，变形温度的试验范围与可锻造性温度范围一致。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明克服了高温热塑性温度范围较宽的缺点，提高锻造的成材率，降低锻造的失败率有重要意义，以及防止和预判热加工裂纹具有重要意义。
附图说明
图1为本发明实施例中试样夹持装置示意图；
图2为本发明实施例中试样测试前温度梯度；
图3为本发明实施例中试样测试后温度梯度；
图4为本发明实施例中圆周应力—圆周应变曲线；
图5为本发明实施例中热拉伸测试和SICO测试数据对比。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。
将加工合格的试样用铜夹具夹好，安装在试验机的真空腔内，如图1，编程设定形变过程的参数。当真空度达到1.0×10-3torr以下时，采用电阻直接加热的方式升温，在SICO测试中，试样中存在一个轴向温度梯度，以致在夹具之间中间部位出现最高温度，如图2。然后试样轴向施加压缩，由于温度梯度导致的强度变化，非一致形变会使试样出现明显的鼓形形变，如图3。而在鼓形区会出现二次张力，在试样的圆周上达到最大值。测量并记录圆周应力和应变。试样表面的二次张力的数值不能直接测量，但可以通过试样的初始直径、最大瞬时直径、瞬时力和最大瞬时截面面积来计算圆周应力与圆周应变，其中圆周应变计算如下：
εhoop＝ln(d0/dimax)
这里：
εhoop＝圆周应变
d0＝试样初始直径
dimax＝最大瞬时直径
并且圆周应力计算如下：
σhoop＝Fi/A(imax)
这里：
σhoop＝圆周应力
Fi＝瞬时力
A(imax)＝最大瞬时截面面积
从SICO测试中可以采集的数据绘制圆周应力-圆周应变图，如图4，导致二次张力表面裂纹或开裂开始出现的圆周应变值。在SICO测试中，如果试样承受较大的圆周应变而不出现二次张力表面裂纹，则具有较好的可锻造性。
而热拉伸试验是测量材料塑性随着不同温度的变化规律。一般在650℃～熔点范围内，每隔50℃取一个点，进行高温恒温拉伸，拉断后测量并计算断面收缩率来表征材料的塑性，绘制断面收缩率随着温度变化的曲线。
将SICO测试所得的结果和高温热塑性数据如图5进行对比，可以更好的确定锻造的最佳温度范围，从热拉伸测试中得到的数据显示较好地可锻造性出现在1050℃到1200℃温度范围内，而在1100℃锻造时，内部仍会出现细微裂纹，大量锻件不得不报废。对钢种进行SICO测试后结果显示最佳区域比先前的小得多，大约在1130℃到1200℃左右。同时考虑热拉伸和SICO试验的结果，最佳可锻造性温度范围大概在1130～1200℃左右，再考虑锻造时材料的组织与性能等因素，锻造温度定在1150℃，可避免内部细微裂纹的产生。
本发明利用应变诱导裂纹对可锻造性最佳温度进行优化，可精确钢材的锻造温度，降低报废率，提高锻造质量。
除上述实施例外，本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种应变诱导裂纹优化可锻造性最佳温度范围的方法，其特征在于：将试样安装在试验机的真空腔内，两端用夹具夹好，编程设定形变过程的参数，在高真空条件下，采用电阻加热的方法升温至变形温度，然后对试样轴向施加压缩，应变达到一定量时表面产生裂纹，根据实验采集的数据来分析计算，并绘制出圆周应力-圆周应变曲线，以及表面开裂所需应变与变形温度的关系曲线；
利用热拉伸试验测量材料塑性随着不同温度的变化规律，在650℃～熔点范围内，每隔50℃取一个点，进行高温恒温拉伸，拉断后测量并计算断面收缩率来表征材料的塑性，绘制断面收缩率随着温度变化的曲线，然后获得可锻造性温度范围；最后利用表面开裂所需应变与变形温度的关系曲线优化可锻造性温度范围；
在应变诱导裂纹扩展测试中，试样中存在一个轴向温度梯度，以致在夹具之间中间部位出现最高温度，然后试样轴向施加压缩，由于温度梯度导致的强度变化，非一致形变会使试样出现明显的鼓形形变，而在鼓形区会出现二次张力，在试样的圆周上达到最大值；测量并记录圆周应力和应变，试样表面的二次张力的数值不能直接测量，但可以通过试样的初始直径、最大瞬时直径、瞬时力和最大瞬时截面面积来计算圆周应力与圆周应变，其中圆周应变计算如下：
εhoop＝ln(d0/dimax)
这里：
εhoop=圆周应变
d0=试样初始直径
dimax=最大瞬时直径
并且圆周应力计算如下：
σhoop＝Fi/A(imax)
这里：
σhoop=圆周应力
Fi =瞬时力
A(imax)=最大瞬时截面面积
从应变诱导裂纹扩展测试中可以采集的数据绘制圆周应力-圆周应变图。
2.根据权利要求1所述的应变诱导裂纹优化可锻造性最佳温度范围的方法，其特征在于：表面开裂所需应变与变形温度的关系曲线中，变形温度的试验范围与可锻造性温度范围一致。
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