CN107764669A - 一种材料形变实验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种材料形变实验方法，这种材料形变实验方法涉及对材料表面进行形变处理以改善材料表层应力分布的研究，为了解决已有的利用有限元分析方法分析塑性区的间接性问题，发明人设计了一种材料形变实验方法，并进行了大量的实验，得到了直观和形象的塑性区范围和形态信息。这一方法就是用两条长方形试样拼合在一起模仿一块整体试样，对以足够大的力紧紧抵在一起的两条试样缝隙进行形变处理并造成压痕，随后撤掉抵紧力分开试样，这时，在原抵紧面上就能够观察到弹起的塑性区。
Description
技术领域
本发明涉及一种材料形变实验方法。这种材料形变实验方法涉及对材料表面进行形变处理以改善材料表层应力分布的研究。
技术背景
对材料表面进行形变处理的技术早已经被广泛应用，形成了包括喷丸处理、滚压处理和锤击处理等几类，实践中取得了良好的效果。
已有的几种方法其原理都是通过使材料表面顺序地发生局部塑形形变，最后使材料表面产生了设计预期的预压应力层，从而大大提高了零件的静强度和疲劳强度。
US3661655A介绍了一种对弹性元件进行动态加载后，立即喷丸硬化被冷冻弹簧的至少一个表面，以使其表面产生残余压应力。
随着生产的发展，一方面要求材料的性能越来越高，另一方面又要求材料的成本越来越低，仅仅依靠新材料的研发显然难以满足这种相互矛盾的需求，对表面进行形变处理的技术能够在较少增加材料成本的前提下，显著提高材料性能，因而能够较好地解决这一矛盾。
喷丸处理、滚压处理和锤击处理等方法各有优势，又各有局限性，为了加深认识，对材料表面形变的微观机理的研究，显然极为迫切，其中就包括对外力作用下材料内部塑性形变区(以下简称塑性区)的研究。
一种设想是首先在整体试样上造成压痕或冲击痕，然后在压痕或冲击痕的中心附近垂直向下切开试样，然后，对切开面的塑性区进行观察研究，但由于垂直向下切开试样的过程中应力的持续释放，使得瞬时弹起的塑性区痕迹完全被切开加工抹除，切开后无法观察到塑性区的痕迹。
目前对实验采用的方法是：在材料表面预先设定锤击点，与锤击点不同距离上粘贴数个应变传感器，利用锤击实验中应变传感器采集的数据结合有限元分析等手段，分析塑性区的范围和空间形状。
这一方法优点是数据提取过程塑性区的应力状态不受干扰。
缺点是所取得的应变数据为表面数据，而塑性区的变化发生在材料的内部，塑性区的情况只能通过有限元分析的方法间接取得，该方法需要设定一系列的边界条件，这些边界条件的设定依据往往并不充分，导致最终分析得到的塑性区并不完全符合真实情况，对实际科研和生产的指导意义有限。
于哲夫等在《冲击压痕测量残余应力的方法》一文中利用有限元分析法分析了塑性区的形貌。
陈军在《大深度比下金属结构材料力学性能球压评价方法》一文中利用球压法和有限元分析法分析了塑性区的形貌。
发明内容
为了解决已有的利用有限元分析方法分析塑性区的间接性问题，发明人设计了一种材料形变实验方法，并进行了大量的实验，得到了直观和形象的塑性区范围和形态信息。
这一方法就是用两条长方形试样拼合在一起模仿一块整体试样，实验时使两条长方形试样以足够大的力紧紧抵在一起，这个抵紧力保证实验过程中两条试样抵合缝隙不会出现任何的瞬时张开或错动的情况，然后，对两条试样的抵合缝隙进行形变处理并造成压痕，随后撤掉抵紧力分开试样，这时，在原抵紧面上就能够观察到弹起的塑性区。具体做法如下：
首先把待测材料制成长方形试样，至少需要把最长的四个平面精磨加工，以达到尽可能高的平面度和光洁度。
其次，把两个或两个以上试样用U型框和压紧梁夹持并压紧，这一过程中要确保试样排成的上、下两个大平面平整。
使冲头对准两个试样抵合的缝线，按着预定的载荷加载，获得形变压痕。
撤掉抵紧力并分开试样，在原抵紧面上出现因抵紧力撤除而弹起的塑性区，能够利用激光共聚焦显微镜等手段对塑性区开展研究，获得塑性区的形态、位置、范围等信息。
附图说明
附图1为一种材料形变实验方法实施过程示意图：1为压紧螺栓；2为压紧梁；3为条形试样；4为条形试样抵紧缝隙；5为冲；6为冲头；7为“U”型框。
附图2为冲与抵紧的试样位置关系示意图：8为抵紧力方向。
附图3为冲制塑性区过程示意图：9为冲的施力方向。
附图4为实验完成后的试样剖面示意图：圆圈内10为冲压方向塑性区痕迹；椭圆圈内11为抵紧力撤掉后弹起的塑性区痕迹。
实施方式
把两条或两条以上的条形试样3平整排列到“U”型框7中，压紧梁2上的两个通孔与“U”型框7顶端的两个螺纹孔相对，旋入压紧螺栓1使压紧梁2与“U”型框7压紧条形试样3，形成条形试样3之间的抵紧力，实验过程中这个抵紧力保证两条试样抵合缝隙不会出现任何的瞬时张开或错动的情况。
使冲5垂直对准条形试样3的条形试样抵紧缝隙4并施力，冲头6在条形试样抵紧缝隙4处冲出冲压方向塑性区痕迹10。
旋出压紧螺栓1，松开、取下条形试样3，在条形试样3的一个侧面能够观察到抵紧力撤除后弹起的塑性区痕迹11。
利用激光共聚焦显微镜等手段对撤掉后弹起的塑性区痕迹11进行测量、分析，就能够得到塑性区范围、面积和弹起高度等信息。
Claims (3)
1.一种材料形变实验方法其特征是：用长方形试样拼合在一起模仿一块整体试样，在以紧抵力抵紧在一起的两条试样抵紧缝隙处进行形变处理并造成压痕，随后撤掉抵紧力分开试样，这时，在原抵紧面上就能够观察到弹起的塑性区，把两条或两条以上的条形试样(3)平整排列到“U”型框(7)中，压紧梁(2)上的通孔与“U”型框(7)顶端的螺纹孔相对，旋入压紧螺栓(1)使压紧梁(2)与“U”型框(7)压紧条形试样(3)，使冲(5)垂直对准条形试样(3)的条形试样抵紧缝隙(4)并施力，冲头(6)在条形试样抵紧缝隙(4)处冲出冲压方向塑性区痕迹(10)，旋出压紧螺栓(1)，松开、取下条形试样(3)，在条形试样(3)的一个侧面能够观察到抵紧力撤除后弹起的塑性区痕迹(11)。
2.按权利要求1所述的一种材料形变实验方法其特征是：条形试样(3)之间有抵紧力，实验过程中这个抵紧力保证相邻的两条试样抵合缝隙(4)不会出现瞬时张开或错动的情况。
3.按权利要求1所述的一种材料形变实验方法其特征是：利用激光共聚焦显微镜等手段对撤掉后弹起的塑性区痕迹(11)进行测量、分析，就能够得到塑性区范围、面积和弹起高度等信息。
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