CN112033804B - 一种测量板材塑性应变比r值的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种测量板材塑性应变比r值的方法，包括：(1)将板材加工成拉伸试样；(2)在拉力机上对将拉伸试样进行拉伸至发生锯齿屈服效应或断裂；(3)测量经步骤(2)得到的拉伸试样表面的PLC变形带与拉伸方向的夹角；(4)利用公式计算板材的r值。本发明是根据薄板拉伸PLC变形带的倾斜角度与r值的解析关系，设计了一种新型的板材各项异性参数塑性应变比r值的测量方法，从PLC变形带与拉伸方向的夹角通过公式直接计算板材的r值，避免了板材宽度方向变形不均匀带来的效果，且不需要采用引伸计和宽度规，大大的提升了测量的方便性及可靠性。

Description

一种测量板材塑性应变比r值的方法
技术领域
本发明涉及板材力学测量的技术领域，具体涉及一种测量板材塑性应变比r值的方法。
背景技术
板材各项异性参数塑性应变比r值是描述板材在变形过程中宽度方向和厚度方向变形情况的参数，是板材力学性能的一个重要指标。目前塑性应变比r值测量方法主要为：通过测量拉伸过程中的拉伸方向及宽度方向的应变，通过公式处理获得。该测量方法需要引伸计及宽度规。而有一些板材在变形过程中会出现鲁德斯带(Luders bands)和Portevin-Le Chatelier(PLC)效应等变形不均匀现象，如3xxx、5xxx铝合金板材，将严重影响宽度方向的应变测量，导致r值测量困难，误差大。
发明内容
针对上述已有技术存在的不足，本发明提供一种测量板材塑性应变比r值的方法。
本发明是通过以下技术方案实现的。
一种测量板材塑性应变比r值的方法，其特征在于，所述方法包括：
(1)将板材加工成拉伸试样；
(2)在拉力机上对将经步骤(1)得到的拉伸试样进行拉伸至发生锯齿屈服效应或断裂；
(3)测量经步骤(2)得到的拉伸试样表面的PLC变形带与拉伸方向的夹角；
(4)利用公式计算板材的r值；
其中r为板材的塑性应变比，α为拉伸试样表面的PLC变形带与拉伸方向的夹角。
进一步地，所述步骤(1)中的拉伸试样为标准拉伸试样，所述标准拉伸试样为按照国家标准GB/T 228.1-2010制成的拉伸试样。
进一步地，所述步骤(1)中的拉伸试样为条形试样，长宽比大于3：1并且小于100：1。
进一步地，所述步骤(2)中的锯齿屈服效应为PLC(Portevin-Le Chatelier)效应，即拉伸应力应变曲线呈锯齿状抖动，并在拉伸试样表面留下斜纹。
进一步地，所述步骤(3)中的PLC变形带是指在对拉伸试样拉伸时，拉伸试样发生锯齿屈服效应，在拉伸试样表面留下的斜纹，该斜纹贯穿拉伸试样宽度方向，且与拉伸方向成一定角度。
进一步地，所述步骤(3)得到的拉伸试样表面的PLC变形带与拉伸方向的夹角大于45°并且小于90°。
进一步地，所述步骤(3)得到的拉伸试样表面的PLC变形带与拉伸方向的夹角大于50°并且小于70°。
本发明的有益技术效果，本发明提供了一种测量板材塑性应变比r值的方法，根据薄板拉伸斜纹(PLC变形带)的倾斜角度与r值的解析关系，设计了一种新型的板材各项异性参数塑性应变比r值的测量方法，从PLC变形带与拉伸方向的夹角通过公式直接计算板材的r值，避免了板材宽度方向变形不均匀带来的效果，且不需要采用引伸计和宽度规，大大提升了测量的方便性及可靠性。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
图2为本发明的板材单向拉伸状态示意图。
图3为3104铝合金板材拉伸断裂后的样品示意图。
图4为采用不同方法测量r值的结果比较示意图。
图5为5182铝合金板材拉伸出现PLC现象的样品示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
如图1所示，一种测量板材塑性应变比r值的方法，步骤包括：
(1)将板材加工成拉伸试样；拉伸试样可以为标准拉伸试样或条形试样，其中，标准拉伸试样为按照国家标准GB/T 228.1-2010制成的拉伸试样，条形试样为矩形试样，长宽比大于3：1并且小于100：1。
(2)在拉力机上对将经步骤(1)得到的拉伸试样进行拉伸至发生锯齿屈服效应或断裂；锯齿屈服效应为PLC效应(Portevin-Le Chatelier effect)：拉伸应力应变曲线呈锯齿状抖动，并在拉伸试样表面留下斜纹，该斜纹贯穿拉伸试样宽度方向，且与拉伸方向成一定角度，即PLC变形带；断裂是指板材出现了明显的颈缩、并伴随明显的拉力下降；
(3)测量经步骤(2)得到的拉伸试样表面的PLC变形带与拉力机的拉伸方向的夹角；
(4)利用公式计算板材的r值；其中r为板材的塑性应变比，α为拉伸试样表面的PLC变形带与拉伸方向的夹角。
上述公式的推导过程如下:
如图2所示为单向拉伸应力应变状态示意图。由于PLC变形带内外的约束，PLC变形带与拉伸方向成一定的夹角α。由于宽度方向应变必须与带内和带外边界处的连续性相匹配，因此在x方向上应变率因该为0.即：
在单向拉伸条件下：
假设在拉伸坐标系(对应图2中的1-2坐标系)内，应变张量为
转换坐标至PLC变形带坐标系(对应图2中的x-y坐标系)，有：
其中第一项为x方向的应变率分量/>其值应该为0.
即：
即得：
实施例1
对AA3104-H19铝合金板材测量r值的步骤如下:
(1)将AA3104-H19板材延与轧制方向夹角0°，22.5°，45°，67.5°及90°方向制备标准拉伸试样。
(2)按照国家标准进行拉伸实验，直至板材断裂，拉伸断裂后试样如图3所示。
(3)测量PLC变形带与拉伸方向的夹角，具体值如下：
(4)通过公式计算板材r值如下：
试样角度(°) 0 22.5 45 67.5 90
r值 0.329 0.481 0.783 0.912 1.135
误差 0.02219 0.01516 0.05996 0.03976 0.08046
图4为不同方法测量r值对比结果，其中标准r值采用数字图像相关法(DIC)测量获得，其结果精确，误差小于±0.01，为本实施例的标准参考值。普通拉伸法为采用常规的宽度应变测量方法获得，不仅测量结果与标准r值有较大的偏差，而且误差范围比较大。采用本发明的方法测量结果与标准r值非常相近，并且误差范围较小。
实施例2
对AA5182铝合金板材测量r值的步骤如下：
(1)将AA5182板材制备成长宽比为5：1的矩形拉伸试样，
(2)在拉力机拉伸样品至应变10％并卸载，试样已经发生的PLC效应，试样表面出现了明显的PLC变形带，如图5所示。
(3)测量PLC变形带与拉伸方向的夹角，其夹角为54.5°，角度误差±0.3°。
(4)通过公式计算板材r值，得r值为1.036，误差为±0.04。该板材真实r值为1.003。相对误差为3.3％，说明了本方法的准确性。
以上所述的仅是本发明的较佳实施例，并不局限发明。应当指出对于本领域的普通技术人员来说，在本发明所提供的技术启示下，还可以做出其它等同改进，均可以实现本发明的目的，都应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种测量板材塑性应变比r值的方法，其特征在于，所述方法包括：
(1)将板材加工成拉伸试样；
(2)在拉力机上对将经步骤(1)得到的拉伸试样进行拉伸至发生锯齿屈服效应或断裂；
(3)测量经步骤(2)得到的拉伸试样表面的PLC变形带与拉伸方向的夹角；
(4)利用公式计算板材的r值；
其中r为板材的塑性应变比，α为拉伸试样表面的PLC变形带与拉伸方向的夹角。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中的拉伸试样为标准拉伸试样，所述标准拉伸试样为按照国家标准GB/T 228.1-2010制成的拉伸试样。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中的拉伸试样为条形试样，长宽比大于3：1并且小于100：1。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)中的PLC变形带是指在对拉伸试样拉伸时，拉伸试样发生锯齿屈服效应，在拉伸试样表面留下的斜纹，该斜纹贯穿拉伸试样宽度方向，且与拉伸方向成一定角度。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)得到的拉伸试样表面的PLC变形带与拉伸方向的夹角大于45°并且小于90°。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)得到的拉伸试样表面的PLC变形带与拉伸方向的夹角大于50°并且小于70°。
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