CN110333128B - 一种含亚稳奥氏体相的高强钢回弹测定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于高强钢回弹测定方法领域，特别涉及一种微观组织包含亚稳奥氏体相的高强钢回弹测定方法。所述方法首先确定高强钢在弯曲成形时没有断裂，然后通过多组材料实验测定材料的实验基础数据，最后综合材料的实验基础数据，精确计算得到高强钢的回弹角；根据材料的基础数据及成形预设角度精确计算回弹角，能够满足高强钢零件的成形需求。本发明的含亚稳奥氏体相的高强钢回弹测定方法，测试速度快、结果直观可靠，并适用于含亚稳奥氏体的高强钢。所选用的数据：高强钢的弯曲角、弯曲半径、钢的厚度和高强钢中亚稳奥氏体相的体积分数测定方法简便，屈服强度和弹性模量由高强钢的本身性质决定；本发明的方法中模型简单，得到的结果直观可靠。

Description

一种含亚稳奥氏体相的高强钢回弹测定方法
技术领域
本发明涉及高强钢回弹测定方法领域，特别涉及一种微观组织包含亚稳奥氏体相的高强钢回弹测定方法。
背景技术
高强钢是国民经济发展的重要材料，被广泛应用于国防、工业、农业等方面。随着国民经济的快速发展，汽车、家电等产品的需求日益增多，同时产品的性能要求也不断增加。产品性能的增加建立在材料性能的提升基础上，因此提升高强钢的性能，尤其是板形质量迫在眉睫。
高强钢应用到汽车车身或家电外壳时，需要经过冲压成型过程。冲压过程是通过预设模具按压高强钢从而使高强钢成型成预设形状的加工方法。在冲压成型过程中，高强钢从冲压模具中取出后形状发生改变，即称为回弹。
如何控制高强钢的回弹，也就是控制高强钢板形的缺陷，从而提供给用户板形质量稳定的板材是钢铁加工企业追求的目标。尤其是高强钢，更高的强度、更大的加工硬化性使得回弹更为显著；特别地，当前高强钢的组织中会包含亚稳奥氏体，在高强钢变形时，亚稳奥氏体会发生相变诱导塑性、孪晶诱导塑性等，使得高强钢的变形行为更为复杂。这将影响高强钢的成形性能和产品的板形质量，因而需要关注含亚稳奥氏体相的高强钢来指导产品的生产过程。
回弹是高强钢从模具中取出时冲压成型的外力撤去后产生的。参考说明书附图图1更详细地对回弹进行说明。图1是高强钢变形过程的典型应力-应变曲线图示，其横坐标是应变，纵坐标是应力。从图中可以看出，当高强钢受到外力σ时，高强钢将发生变形。高强钢首先经过弹性变形区域到达屈服点A，之后发生塑性变形，最后达到变形点B，此时对应的应变量为ε2。当撤去高强钢受到的外力时，高强钢发生回弹，最后达到C点，对应的应变量为ε1。回弹量是由撤去外力过程中高强钢产生的应变量ε之差，即撤去外力开始点B的应变量ε2与卸载结束点C的应变量ε1之差Δε决定。
目前，对回弹预测的研究方法主要包括三类：(1)试验法、(2)解析法、(3)有限元数值模拟法。试验法是研究回弹的最基本的方法，是其它研究方法的基础，对板材冲压回弹进行试验研究主要目的有两个：一是获取相应工艺条件和载荷参数条件下的板材真实回弹数据，进而验证理论解析法公式的正确性和有限元数值模拟法的模型精度；二是通过对一系列试验条件和数据的总结研究，进而整理为相应图表或者经验公式为实际生产提供指导。试验法需要大量重复试验统计数据，从而会造成生产过程繁杂；而少量试验数据又具有偶然性，不能准确表征回弹量的程度。
理论解析法通常用在冲压件形状比较简单的情况下，例如二维平面应力状态下的V形弯曲、折弯、和U形拉弯等，通过对模型进行数学建模分析，导出回弹的理论解析公式，但是理论解析法通常需要对模型做很多简化和假设，导致其精度受到一定影响。理论解析法能对回弹的机理有一个很好的解释，侧重于对回弹的产生进行深入理解和对各因素对回弹的影响进行定量分析。
有限元仿真分析法是将有限元数值仿真技术与板料成形相结合，通过计算机辅助建模、并采用合适的屈服准则和硬化准则进行回弹的预测。有限元仿真分析方法能够有效分析材料三维成形的特点，能够节省时间和成本。然而随着材料本身属性的不断变化，有限元仿真分析法的预测精度越来越低。尤其是针对高强钢而言，更高的强度、更大的加工硬化性都使得有限元仿真分析法的预测带来困难。特别地，针对包含亚稳奥氏体的高强钢，其力学行为更为复杂，因此需要从回弹机理出发，先建立理论解析公式，之后再与有限元仿真分析相结合，进行回弹的预测。
发明内容
基于上述分析，本发明提出了一种测试速度快、结果直观可靠，并且适合包含亚稳奥氏体的高强钢回弹测定方法。通过多组材料实验测定得到材料的实验基础数据，再将基础数据带入相应计算模型计算得到回弹角；根据材料的基础数据及成形预设角度精确计算回弹角，能够满足高强钢零件的成形需求。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种含亚稳奥氏体相的高强钢回弹测定方法，所述方法首先确定高强钢在弯曲成形时没有断裂，然后通过多组材料实验测定材料的实验基础数据，最后综合材料的实验基础数据，精确计算得到高强钢的回弹角；
所述方法包括如下步骤：
S1，在含亚稳奥氏体相的目标高强钢上截取若干份高强钢样品分别进行实验，得到实验基础数据；
S2，将所述实验基础数据、所述目标高强钢固有的屈服强度和弹性模量一起输入高强钢回弹系数计算模型，得到S1中若干份样品的回弹系数，再对回弹系数进行平均，最终得到回弹系数的平均值；
S3，将所述回弹系数的平均值结合所述实验基础数据输入回弹角计算模型，得到所述目标高强钢的回弹角。
进一步地，在截取若干份高强钢样品前首先确定高强钢在弯曲成形时没有断裂，若没有断裂，则进行实验；若断裂，则证明该高强钢不适用于该方法。
进一步地，所述实验基础数据包括：高强钢的弯曲角、弯曲半径、钢的厚度和高强钢中亚稳奥氏体相的体积分数。
进一步地，所述高强钢回弹系数计算模型中，高强钢的回弹系数与高强钢的屈服强度、弹性模量、厚度、弯曲半径以及高强钢中亚稳奥氏体相的体积分数有关；所述高强钢回弹系数计算模型为：
α＝1.48×β-3.38×β×(1-χ)+1.94×β×(1-χ)2；
其中，α为高强钢的回弹系数，β为高强钢与回弹相关的参数，χ为高强钢中亚稳奥氏体相的体积分数。
进一步地，所述高强钢回弹系数计算模型是结合材料基础理论推导得到的。
进一步地，所述β由以下公式计算：
Figure BDA0002120181910000031
其中，Y为高强钢的屈服强度，R为钢的弯曲半径，E为高强钢的弹性模量，h为高强钢的厚度。
进一步地，所述β的公式是基于材料力学理论推导得到的。
进一步地，所述回弹角计算模型中，回弹角与所述回弹系数的平均值和高强钢的弯曲角有关；所述回弹角计算模型为：
θspringback＝α·θ0；
其中，θspringback为高强钢的回弹角，α为高强钢的回弹系数，θ0为高强钢的弯曲角。
进一步地，所述若干份高强钢样品是采用具有水冷功能的等离子数控切割机对所述目标高强钢进行切割得到的。
进一步地，所述高强钢中亚稳奥氏体相的体积分数采用X射线衍射仪测定。
进一步地，所述高强钢的半径范围是：0.5mm～1.5mm。
进一步地，所述高强钢的厚度范围是：0.5mm～3mm。
进一步地，所述高强钢的弯曲角的范围是：π/6～π/2(30°～90°)。
本发明的另一目的还提出一种实现上述的含亚稳奥氏体相的高强钢回弹测定方法的计算机程序。
本发明的另一目的还提出一种实现上述的含亚稳奥氏体相的高强钢回弹测定方法的信息处理终端。
本发明的另一目的还提出一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述的含亚稳奥氏体相的高强钢回弹测定方法。
本发明具有如下有益技术效果：
本发明的含亚稳奥氏体相的高强钢回弹测定方法，测试速度快、结果直观可靠，并适用于含亚稳奥氏体的高强钢。
本发明所选用的数据：高强钢的弯曲角、弯曲半径、钢的厚度和高强钢中亚稳奥氏体相的体积分数测定方法简便，屈服强度和弹性模量由高强钢的本身性质决定；本发明的方法中模型简单，得到的结果直观可靠。
附图说明
图1为本发明背景技术中钢回弹的原理示意图。
图2为本发明实施例中含亚稳奥氏体相的高强钢回弹测定方法中高强钢板弯曲过程的示意图。
图3为本发明实施例中含亚稳奥氏体相的高强钢回弹测定方法中奥氏体含量的计算示意图。
图4为本发明实施例中根据本发明的方法得到的含亚稳奥氏体相的高强钢板回弹计算结果与实际测量结果的示意图。
图5为本发明实施例中含亚稳奥氏体相的高强钢回弹测定方法的流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例及说明书附图，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效教学方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。
应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
参考图2和图5，在本实施例中，提出一种含亚稳奥氏体相的高强钢回弹测定方法，所述方法通过多组实验测定得到材料的实验基础数据，再将基础数据带入相应计算模型计算得到回弹角；
所述方法包括如下步骤：
S1，在含亚稳奥氏体相的目标高强钢上截取若干份高强钢样品分别进行如图2所示的实验，得到如表1所示的实验基础数据。其中高强钢样品尺寸为100mm×20mm，高强钢的弯曲实验及模具参考国家标准《GBT 232-2010金属材料弯曲试验方法》；
S2，将所述实验基础数据、所述目标高强钢固有的屈服强度和弹性模量一起输入高强钢回弹系数计算模型，得到S1中若干份样品的回弹系数，再对回弹系数进行平均，最终得到回弹系数的平均值；
S3，将所述回弹系数的平均值结合所述实验基础数据输入回弹角计算模型，得到所述目标高强钢的回弹角。
表1
Figure BDA0002120181910000051
Figure BDA0002120181910000061
在本实施例中，所述实验基础数据包括：高强钢的弯曲角、弯曲半径、钢的厚度和高强钢中亚稳奥氏体相的体积分数。
在本实施例中，所述高强钢回弹系数计算模型为：
α＝1.48×β-3.38×β×(1-χ)+1.94×β×(1-χ)2；
其中，α为高强钢的回弹系数，β为高强钢与回弹相关的参数，χ为高强钢中亚稳奥氏体相的体积分数。
参考图2，在本实施例中，所述β由以下公式计算：
Figure BDA0002120181910000062
其中，Y为高强钢的屈服强度，R为钢的弯曲半径，E为高强钢的弹性模量，h为高强钢的厚度。
在本实施例中，所述回弹角计算模型为：
θspringback＝α·θ0；
其中，θspringback为高强钢的回弹角，α为高强钢的回弹系数，θ0为高强钢的弯曲角。
在本实施例中，所述若干份高强钢样品是采用具有水冷功能的等离子数控切割机对所述目标高强钢进行切割得到的。
参考图3，在本实施例中，所述高强钢中亚稳奥氏体相的体积分数采用X射线衍射仪测定。
在本实施例中，所述高强钢的半径范围是：0.5mm～1.5mm。
在本实施例中，所述高强钢的厚度范围是：0.5mm～3mm。
在本实施例中，所述高强钢的弯曲角的范围是：π/6～π/2(30°～90°)。
参见图4，在本实施例中，在不同的亚稳奥氏体含量下，图4为高强钢弯曲成形后的回弹角计算结果，横坐标为亚稳奥氏体含量，纵坐标为计算的高强钢回弹角。从图4显示的结果上看，高强钢的回弹角数值随着亚稳奥氏体的含量增加而有所降低；与实际高强钢成形后回弹的测量结果相比，变化规律一致，数值误差在±2％内。结果表明本发明计算方法简单可行，精度较好。
本发明所选用的数据：高强钢的弯曲角、弯曲半径、钢的厚度和高强钢中亚稳奥氏体相的体积分数测定方法简便，屈服强度和弹性模量由高强钢的本身性质决定；本发明的方法中模型简单，得到的结果直观可靠。
在另一实施例中，还提出一种实现上述的含亚稳奥氏体相的高强钢回弹测定方法的计算机程序。
在另一实施例中，还提出一种实现上述的含亚稳奥氏体相的高强钢回弹测定方法的信息处理终端。
在另一实施例中，还提出一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述的含亚稳奥氏体相的高强钢回弹测定方法。
以上对本申请实施例所提供的一种含亚稳奥氏体相的高强钢回弹测定方法进行了详细介绍。以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。
如在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求书当中所提及的“包含”、“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含/包括但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。
应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求书的保护范围内。

Claims (8)

1.一种含亚稳奥氏体相的高强钢回弹测定方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
S1，在含亚稳奥氏体相的目标高强钢上截取若干份高强钢样品分别进行实验，得到实验基础数据；
S2，将所述实验基础数据、所述目标高强钢固有的屈服强度和弹性模量一起输入高强钢回弹系数计算模型，得到S1中若干份样品的回弹系数，再对回弹系数进行平均，最终得到回弹系数的平均值；
S3，将所述回弹系数的平均值结合所述实验基础数据输入回弹角计算模型，得到所述目标高强钢的回弹角；
所述高强钢回弹系数计算模型为：
α＝1.48×β-3.38×β×(1-χ)+1.94×β×(1-χ)2；
其中，α为高强钢的回弹系数，β为由高强钢的屈服强度、弯曲半径、弹性模量和厚度计算得到的参数，χ为高强钢中亚稳奥氏体相的体积分数。
2.根据权利要求1所述的一种含亚稳奥氏体相的高强钢回弹测定方法，其特征在于，所述实验基础数据包括：高强钢的弯曲角、弯曲半径、钢的厚度和高强钢中亚稳奥氏体相的体积分数。
3.根据权利要求1所述的一种含亚稳奥氏体相的高强钢回弹测定方法，其特征在于，所述回弹角计算模型为：
θspringback＝α·θ0；
其中，θspringback为高强钢的回弹角，α为高强钢的回弹系数，θ0为高强钢的弯曲角。
4.根据权利要求2所述的一种含亚稳奥氏体相的高强钢回弹测定方法，其特征在于，所述高强钢的弯曲半径范围是：0.5mm～1.5mm。
5.根据权利要求2所述的一种含亚稳奥氏体相的高强钢回弹测定方法，其特征在于，所述高强钢的厚度范围是：0.5mm～3mm。
6.根据权利要求2所述的一种含亚稳奥氏体相的高强钢回弹测定方法，其特征在于，所述高强钢的弯曲角的范围是：π/6～π/2。
7.一种实现如权利要求1～6任一项所述的含亚稳奥氏体相的高强钢回弹测定方法的信息处理终端。
8.一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行如权利要求1～6任一项所述的含亚稳奥氏体相的高强钢回弹测定方法。
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