CN110243675A - 一种评估多种变形条件对trip/twip板材性能影响的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种评估多种变形条件对TRIP/TWIP板材性能影响的方法，属于材料深加工过程中材料力学性能控制技术领域。本发明将待评估的具TRIP/TWIP效应的板材沿任意多个与轧制方向呈任意角度的方向分别按照国家标准切制成标准拉伸试样；在拉伸试验机上分别进行多种变形条件下的拉伸变形正交实验；获得材料在不同变形条件下一系列的力学性能指标；针对不同变形条件下的某一力学性能指标，通过差值计算建立性能指标无量纲矩阵，从而进一步生成分别以不同变形条件为横或纵坐标的力能指标等值线图；根据该等值线图，实现多种变形条件对某一力学性能指标的综合表征与评估。本发明提出的方法弥补以往通过反复“试错”来选择冲压工艺参数的不足，更具适用性。

Description

一种评估多种变形条件对TRIP/TWIP板材性能影响的方法
技术领域
本发明涉及一种评估多种变形条件对TRIP/TWIP板材性能影响的方法，属于材料深加工过程中材料力学性能控制技术领域。
背景技术
近年来，通过有效利用钢中亚稳奥氏体的形变诱导马氏体相变增塑(TRIP效应)和形变孪晶诱导塑性(TWIP效应)可大幅改善TRIP/TWIP钢的力学性能，使其在汽车制造领域展现出广阔的应用前景。通常汽车结构件多采用板料冲压成形。其中，成形速度以及多步成形(预成形)过程是影响冲压件成形效率和成形质量的关键工艺特征，决定着汽车结构件的性能。在板料冲压成形过程中成形速度和预成形分别对应应变速率和预应变两个成形工艺参数，而对于TRIP/TWIP钢板而言，应变速率和预应变都会影响钢中亚稳奥氏体向马氏体或孪晶的的转变规律，因此，板料力学性能(包括强度、塑性和/或强塑积)对应变速率和预应变十分敏感。合理选择应变速率和预应变两个关键成形工艺参数以获得目标性能已成为工程制造领域关注的焦点之一。
目前，关于钢铁(金属)板料成形过程中应变速率和预应变的选择多是通过分析评估单一因素对板料力学性能的影响规律，分别找出满足目标性能的参数范围。但现行的评估方法缺少应变速率和预应变彼此间交互作用对力学性能会产生影响的考量，不能实现应变速率和预应变综合影响板料力学性能的准确评估。特别针对力学性能对应变速率和预应变敏感的TRIP/TWIP钢而言，缺少评估二者综合影响的方法，将很大程度上影响工艺参数的合理优化选择。
发明内容:
本发明的目的在于提供一种评估多种变形条件对TRIP/TWIP板材性能影响的方法，从而实现该类板材在成形过程中变形条件工艺参数的优化选择。
为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种评估多种变形条件对TRIP/TWIP板材性能影响的方法，其特征在于，将待评估的具TRIP/TWIP效应的板材沿任意多个与轧制方向呈任意角度的方向分别按照国家标准切制成标准拉伸试样；在拉伸试验机上分别进行多种变形条件下的拉伸变形正交实验；获得材料在不同变形条件下一系列的力学性能指标；针对不同变形条件下的某一力学性能指标，通过差值计算建立性能指标无量纲矩阵，从而进一步生成分别以不同变形条件为横或纵坐标的力能指标等值线图；根据该等值线图，实现多种变形条件对某一力学性能指标的综合表征与评估。
进一步的技术方案在于，所述板材为具TRIP/TWIP效应的金属板材。
进一步的技术方案在于，所述板材为具TRIP/TWIP效应的合金板材。
进一步的技术方案在于，所述板材为具TRIP/TWIP效应的钢板材。
进一步的技术方案在于，切制方向为轧制方向RD和/或垂直轧制方向TD。
进一步的技术方案在于，国家标准为GB/T 228.1-2010。
进一步的技术方案在于，变形条件为预应变和应变速率、变形温度中的任意两个或两个以上。
进一步的技术方案在于，力学性能参数包括断后延伸率、抗拉强度、强塑积、屈服强度，均匀延伸率；
进一步的技术方案在于，拉伸变形包括单向拉伸、单向压缩以及扭转；
进一步的技术方案在于，拉伸变形正交实验中应确保板材在具有TRIP/TWIP效应的变形温度范围内进行。
本发明采用上述技术方案，具有以下技术效果：本发明提出的方法可更直观、简单、准确地获取目标性能的参数区间，弥补以往通过反复“试错”来选择冲压工艺参数(成形速度和预变形)的不足，更具适用性。
附图说明
图1为一种具有TRIP/TWIP效应的不锈钢板沿轧制方向(RD)在室温拉断后，其断后延伸率随应变速率和预应变变化的等值线图，根据该图可评估应变速率和预应变对该材料塑性的综合影响，获得了具有最佳塑性(延伸率超过37％)的参数范围：应变速率在0.66％/s～7.2％/s之间，预应变在0％～12.89％之间。
图2为一种具有TRIP/TWIP效应的不锈钢板沿轧制方向(RD)在室温拉断后，其抗拉强度随应变速率和预应变变化的等值线图，根据该图可评估应变速率和预应变对该材料强度的综合影响，获得了具有最大强度(抗拉强度超过1100MPa)的参数范围：应变速率在0.019％/s～0.25％/s之间，预应变在7.19％～20％之间。
图3为一种具有TRIP/TWIP效应的不锈钢板沿轧制方向(RD)在室温拉断后，其强塑积随应变速率和预应变变化的等值线图，根据该图可评估应变速率和预应变对该材料强塑性的综合影响，获得了具有最佳成形性能(强塑积超过35GPa·％)的参数范围：应变速率在0.37％/s～10％/s之间，预应变在0％～15.92％之间。
图4为一种具有TRIP/TWIP效应的不锈钢板垂直轧制方向(TD)在室温拉断后，其断后延伸率随应变速率和预应变变化的等值线图，根据该图可评估应变速率和预应变对该材料塑性的综合影响，获得了具有最佳塑性(延伸率超过37％)的参数范围：应变速率在0.71％/s～10％/s之间，预应变在0％～12.15％之间。
图5为一种具有TRIP/TWIP效应的不锈钢板垂直轧制方向(TD)在室温拉断后，其抗拉强度随应变速率和预应变变化的等值线图，根据该图可评估应变速率和预应变对该材料强度的综合影响，获得了具有最大强度(抗拉强度超过1100MPa)的参数范围：应变速率在0.04％/s～0.19％/s之间，预应变在9.47％～16.12％之间。
图6为一种具有TRIP/TWIP效应的不锈钢板垂直轧制方向(TD)在室温拉断后，其强塑积随应变速率和预应变变化的等值线图，根据该图可评估应变速率和预应变对该材料强塑性的综合影响，获得了具有最佳成形性能(强塑积超过35GPa·％)的参数范围：应变速率在0.67％/s～7.94％/s之间，预应变在4.32％～11.44％之间。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明进行进一步详细解释与说明。应当理解的是：本说明书中描述的实施例仅是为了详细说明本发明的可行性，并不限定本发明的适用范围，
本发明阐述了一种评估多种变形条件对TRIP/TWIP板材性能影响的方法，其特征在于，将待评估的具TRIP/TWIP效应的板材沿任意多个与轧制方向呈任意角度的方向分别按照国家标准切制成标准拉伸试样；在拉伸试验机上分别进行多种变形条件下的拉伸变形正交实验；获得材料在不同变形条件下一系列的力学性能指标；针对不同变形条件下的某一力学性能指标，通过差值计算建立性能指标无量纲矩阵，从而进一步生成分别以不同变形条件为横或纵坐标的力能指标等值线图；根据该等值线图，实现多种变形条件对某一力学性能指标的综合表征与评估。
本发明实施例中，所述板材为具TRIP/TWIP效应的金属板材。
本发明实施例中，所述板材为具TRIP/TWIP效应的合金板材。
本发明实施例中，所述板材为具TRIP/TWIP效应的钢板材。
本发明实施例中，切制方向为轧制方向RD和/或垂直轧制方向TD。
本发明实施例中，国家标准为GB/T 228.1-2010。
本发明实施例中，变形条件为预应变和应变速率、变形温度中的任意两个或两个以上。
本发明实施例中，力学性能参数包括断后延伸率、抗拉强度、强塑积、屈服强度，均匀延伸率；
本发明实施例中，拉伸变形包括单向拉伸、单向压缩以及扭转；
本发明实施例中，拉伸变形正交实验中应确保板材在具有TRIP/TWIP效应的变形温度范围内进行。本发明所针对材料为对应变速率和预应变敏感且具有TRIP/TWIP效应的钢板或其他金属材料。
本发明实施例中，评估预应变和应变速率综合影响TRIP/TWIP钢板材性能的方法，包括以下步骤：
步骤1、将待评估的TRIP/TWIP钢板材沿着轧制方向(RD)和(或)垂直轧制方向(TD)按照GB/T 228.1-2010国家标准分别切制拉伸试样若干。
步骤2、将制备好的试件在不同预应变和应变速率条件下进行正交实验。预应变和应变速率实验参数可根据实际结构件冲压成形时的范围进行选择。
步骤3、进行拉伸时，对拉伸试验机进行设定。其中，选用速度控制模块实现拉伸变形过程中恒定应变速率控制。利用光学引伸计测定应变，当变形进行到指定变形量后，对试件进行卸载至零后，停留30s再继续加载直至试件断裂，从而实现预应变控制(预变形与后续变形均采用相同应变速率)。每个试验条件重复拉伸3次，得到力学性能参数，包括：断后延伸率、抗拉强度结果取平均值以消除实验误差；强塑积为断后延伸率与抗拉强度的乘积，用以表征材料的成形性能。
步骤4、将获得的数据结果通过数据分析软件进行处理，通过差值计算建立性能指标无量纲矩阵，从而进一步生成分别以预应变(或)应变速率为横(或)纵坐标的某一力能指标等值线图。
步骤5、通过分析处理等值线图，根据目标力能指标值予以评估，获取达标的应变速率和预应变的临界值，从而确定该力学性能达标的应变速率和预应变的参数范围，实现综合评估应变速率和预应变对该力学性能影响。
步骤6、针对采用不同变形方式(如拉伸沿RD或TD方向)的板材重复上述步骤，实现各种条件下应变速率和预应变对力学性能的综合影响评估，并确立获取目标性能的参数范围。
本发明实施例中，选取一种具有TRIP效应的不锈钢板材，实施例中材料以及应变速率和预应变具体参数的设置与选择可根据实际材料状态和工艺参数范围做出针对性选择，具体材料或参数设置而对本发明方法可行性无明显影响。具体步骤如下：
步骤1、将这种具有TRIP效应的钢板材沿着轧制方向(RD)和(或)垂直轧制方向(TD)按照GB/T 228.1-2010国家标准分别切制拉伸试样若干；
步骤2、将制备好的试件在不同预应变和应变速率条件下进行正交拉伸变形实验。预应变和应变速率实验参数可根据实际结构件冲压成形时的范围进行选择。
步骤3、进行拉伸时，对拉伸试验机进行设定。其中，选用速度控制模块实现拉伸变形过程中恒定应变速率控制。利用光学引伸计测定应变，当变形进行到指定变形量后，对试件进行卸载至零后，停留30s再继续加载直至试件断裂，从而实现预应变控制(预变形与后续变形均采用相同应变速率)。每个试验条件重复拉伸3次，得到力学性能参数，包括：断后延伸率、抗拉强度结果取平均值以消除实验误差；强塑积为断后延伸率与抗拉强度的乘积，用以表征材料的成形性能；上述试验所得的各个力学性能指标(多组数据取平均后)如下表：
沿轧制方向(RD)断后延伸率
垂直轧制方向(TD)断后延伸率
沿轧制方向(RD)抗拉强度(MPa)
垂直轧制方向(TD)抗拉强度(MPa)
沿轧制方向(RD)强塑积(GPa·％)
垂直轧制方向(TD)强塑积(GPa·％)
步骤4、将获得的数据结果通过数据分析软件进行处理，通过差值计算建立性能指标无量纲矩阵，从而进一步生成分别以预应变(或)应变速率为横(或)纵坐标的断后延伸率、抗拉强度和强塑积等值线图。分别如图1、图2、图3所示。
步骤5、通过分析处理等值线图，根据目标力能指标值予以评估，获取达标的应变速率和预应变的临界值，从而确定该力学性能达标的应变速率和预应变的参数范围，实现综合评估应变速率和预应变对该力学性能影响；
步骤6、针对采用不同变形方式(如拉伸沿RD或TD方向)的板材重复上述步骤，实现各种条件下应变速率和预应变对力学性能的综合影响评估，并确立获取目标性能的参数范围。

Claims (10)

1.一种评估多种变形条件对TRIP/TWIP板材性能影响的方法，其特征在于，将待评估的具TRIP/TWIP效应的板材沿任意多个与轧制方向呈任意角度的方向分别按照国家标准切制成标准拉伸试样；在拉伸试验机上分别进行多种变形条件下的拉伸变形正交实验；获得材料在不同变形条件下一系列的力学性能指标；针对不同变形条件下的某一力学性能指标，通过差值计算建立性能指标无量纲矩阵，从而进一步生成分别以不同变形条件为横或纵坐标的力能指标等值线图；根据该等值线图，实现多种变形条件对某一力学性能指标的综合表征与评估。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述板材为具TRIP/TWIP效应的金属板材。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述板材为具TRIP/TWIP效应的合金板材。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述板材为具TRIP/TWIP效应的钢板材。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，切制方向为轧制方向RD和/或垂直轧制方向TD。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，国家标准为GB/T 228.1-2010。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，变形条件为预应变和应变速率、变形温度中的任意两个或两个以上。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，力学性能参数包括断后延伸率、抗拉强度、强塑积、屈服强度，均匀延伸率。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，拉伸变形包括单向拉伸、单向压缩以及扭转。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，拉伸变形正交实验中应确保板材在具有TRIP/TWIP效应的变形温度范围内进行。
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