CN113376013A - 一种成形极限试验用带钢试样及极限试验方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种成形极限试验用带钢试样及成形试验方法，所述试样的长度方向为轧制方向，所述试样包括中心变形区、两个第一变形区、两个第二变形区和两个压边区，其中，中心变形区宽度≤80mm；每个第一变形区宽度＞中心变形区的宽度以使所述试样的两侧均呈现出一个阶梯，每个第二变形区宽度＞第一变形区宽度以使试样的两侧均呈现出另一个阶梯。采用本发明提供的方法，成形极限试验成功率≥91.67％，远远超出了按照GBT15825.8‑2008和GB/T 24171.2‑2009标准制备的试样成形极限试验成功率67％。

Description

一种成形极限试验用带钢试样及极限试验方法
技术领域
本发明属于冶金行业的金属材料性能检测技术领域，尤其涉及一种成形极限试验用带钢试样及极限试验方法。
背景技术
带钢具有一定的塑性，可以承受一定程度的变形，对于塑性的好与差可以通过成形极限试验来获得带钢的成形极限曲线，从而判断带钢的成形性，这是判断和评定带钢成形性最为简洁和直观的方法。
依据国标GBT15825.8-2008金属薄板成形性能与试验方法第8部分：成形极限图(FLD)测定指南中规定：“出现下述任一情况，试验无效：a)试样的缩颈或开裂发生在凹模孔口附近；b)使用不同宽度试样时，试样侧边发生撕裂；c)试样在拉伸筋附近破裂。”目前试样进行成形极限性能检测，经常出现上述的a)所说的开裂位置发生在凹模孔口附近，也就是出现在凸包的边部位置(黑色椭圆标注部分)，如图1所示，从而导致检测失败的情况，因此对带钢进行成形极限检测中，每次要准备3个试样，如果第一个试样检测失败，则启用另外两个备用试样。经过一段时间的成形极限试验成功数据统计，目前，试样检测成功率大概在67％左右，成功率偏低，导致重新取样测试，耗费人力、物力成本，高校院所成形极限试验检测报价在3-4万元/套。从实验细节出发，在满足检测标准的前提下提升试验成功率，需求突出。
发明内容
为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种成形极限试验用带钢试样及极限试验方法，该试样的检测成功率可≥90％，成功率高。
一方面，本发明提供了一种成形极限试验用带钢试样，所述试样的长度方向为轧制方向，所述试样包括，
中心变形区，所述中心变形区宽度9-64mm；
两个第一变形区，两个所述第一变形区的一端分别与所述中心变形区长度方向的两端连接，每个所述第一变形区宽度＞所述中心变形区的宽度以使所述试样的两侧均呈现出一个阶梯；
两个第二变形区，两个所述第二变形区的一端分别与两个所述第一变形区远离所述中心变形区的一端连接，每个所述第二变形区宽度＞所述第一变形区宽度以使所述试样的两侧均呈现出另一个阶梯；
两个压边区，两个所述压边区的一端分别与两个所述第二变形区远离所述中心变形区的一端连接。
进一步地，每个所述第一变形区宽度为15-70mm，每个所述第二变形区宽度为20-80mm。
进一步地，每个所述第一变形区长度为11-16mm，每个所述第二变形区的长度为50-65mm。
进一步地，所述试样还包括多个第三变形区，每个所述第三变形区形状呈现为斜边是弧形的直角三角形，所述直角三角形的两个直角边分别与所述第一变形区和所述中心变形区连接。
进一步地，所述试样的厚度为0.2-3.0mm。
另一方面，本发明还提供了上述的一种带钢试样成形极限试验方法，所述方法包括，获得上述的带钢试样；
用覆盖物覆盖所述待试验试样的两个压边区后，进行涂料喷涂，获得具有涂料的试样；
去掉所述具有涂料的试样压边区的覆盖物后进行成形极限试验。
进一步地，所述试样的厚度和所述压边力满足如下关系：
当试样抗拉强度≤900MPa时，压边力为390-700KN；
当试样抗拉强度＞900MPa时，压边力为700-800KN。
进一步地，所述当试样抗拉强度≤900MPa时，压边力为390-700KN，包括，
当试样抗拉强度为600-900MPa时，压边力为600-700KN；
当试样抗拉强度＜600MPa时，压边力为390-420KN。
进一步地，所述当试样抗拉强度＜600MPa时，压边力为390-420KN，包括
当试样抗拉强度＜430MPa时，压边力为390KN；
当试样抗拉强度≥430且＜600MPa时，压边力为390-420KN。
进一步地，所述涂料喷涂包括散斑喷涂，所述散斑的尺寸为5-20μm。
本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本发明提供了一种成形极限试验用带钢试样及极限试验方法，试样具体包括中心变形区、两个第一变形区、两个第二变形区和两个压边区，其中，中心变形区1、两个第一变形区2和两个第二变形区3在成形极限试验中均会出现变形，由于第二变形区、第一变形区和中心变形区的宽度依次变小，而材料本身的强度时固定的，在成形极限试验变形时，作用在试样上的力是一定值，而中心变形区的宽度最窄，所以中心变形区单位尺寸上的力是最大的，当中心变形区单位尺寸的力超过其强度后就会出现开裂，而第一变形区和第二变形区由于宽度较宽，在中心变形区开裂之前，作用在第一变形区和第二变形区上的力均不会超过材料的强度，从而第一变形区和第二变形区在成形极限试验中不会开裂，进而提升试样断裂在中部的概率，大概率避免开裂位置靠近形变区边缘导致试验不成功的情况。采用本发明提供的方法，成形极限试验成功率≥91.67％，远远超出了按照GBT15825.8-2008和GB/T 24171.2-2009标准制备的试样成形极限试验成功率67％。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为按照GBT15825.8-2008标准制备的试样成形极限试验开裂实物图；
图2为本发明实施例提供的宽度≤8mm的成形极限试验试样示意图；
图3为本发明提供的宽度大于80mm的成形极限试验试样示意图；
图4为本发明实施例提供的成形极限试验结束后的试样实物图；
图2-3中：1为中心变形区；2为第一变形区；3为第二变形区；4-压边区。
具体实施方式
下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。
在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
本发明实施例提供的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
一方面，本发明提供了一种成形极限试验用带钢试样，所述试样的长度方向为轧制方向。
图1为本发明实施例提供的一种成形极限试验用带钢试样的示意图，结合图1，试样具体包括中心变形区1、两个第一变形区2、两个第二变形区3和两个压边区4。
其中，中心变形区1的宽度9-64mm，这是由于中心变形区宽度较小的试样极易出现凸包的边部开裂问题。
两个第一变形区2的一端分别与中心变形区1长度方向的两端连接，每个第一变形区2宽度＞中心变形区1的宽度以使试样的两侧均呈现出一个阶梯形；两个第二变形区3的一端分别与两个第一变形区2远离中心变形区的一端连接，每个第二变形区3宽度＞第一变形区2宽度以使试样的两侧均呈现出另一个阶梯；两个所述压边区4的一端分别与两个第二变形区3远离中心变形区1的一端连接。
本发明改进试样形状，采用“中部阶梯缩进”形状的试样(如图2)，满足检测标准，同时大概率避免了开裂位置靠近边缘的问题的发生。
一般认为，带钢试样在成形极限检测中出现凸包非中心位置开裂，是由于带钢本身组织不均匀，中心形变区中靠近边部的部分组织性能差而导致开裂，需要启用备用试样再进行成形极限检测。而本发明提供的带钢试样形状采用中部阶梯缩进的形状，这是因为强度是金属材料本身的特性，是固定的。在成形极限检测的冲压过程中，如果试样与中心变形区宽度相同的平行段过长，冲压过程中材料可能断裂在中心变形区的边部，如果采用本发明提供的两侧均呈现出至少两个阶梯型形状的试样(哑铃形)，中心变形区1、两个第一变形区2和两个第二变形区3在成形极限试验中均会出现变形，由于第二变形区3、第一变形区2和中心变形区1的宽度依次变小，而材料本身的强度时固定的，在成形极限试验变形时，作用在试样上的力是一定值，而中心变形区的宽度最窄，所以中心变形区单位尺寸上的力是最大的，当中心变形区单位尺寸的力超过其强度后就会出现开裂，而第一变形区2和第二变形区3由于宽度较宽，在中心变形区开裂之前，作用在第一变形区2和第二变形区3上的力均不会超过材料的强度，从而第一变形区2和第二变形区3在成形极限试验中不会开裂，进而提升试样断裂在中部的概率，大概率避免开裂位置靠近形变区边缘导致试验不成功的情况。
作为本发明实施例的一种实施方式，每个第一变形区2宽度为15-70mm，每个第二变形区3宽度为20-80mm。
第一变形区宽度越大，压边区与变形区的过渡弧位置应力集中越明显，可能导致此位置的异常断裂；
第一变形区作为变形区与试样两端的过渡区域，宽度应介于两者宽度之间。
作为本发明实施例的一种实施方式，每个第一变形区长度为11-16mm，每个第二变形区的长度为50-65mm。
作为本发明实施例的一种实施方式，所述试样还包括多个第三变形区，每个第三变形区形状呈现为斜边是弧形的直角三角形，该直角三角形的两个直角边分别与第一变形区和中心变形区连接。该第三变形区实际为过渡弧，过渡弧还可以分别与第一变形区和第二变形区连接，过渡弧尺寸半径可以为2.5-5.0mm。
作为本发明实施例的一种实施方式，所述试样的厚度为0.2-3.0mm。
本发明中涉及成形极限试验用试样为带钢试样。
另一方面，本发明实施例还提供了上述的一种带钢试样成形极限试验方法，所述方法包括，
S1，获得上述的带钢试样；
S2，用覆盖物覆盖所述待试验试样的压边区后，进行涂料喷涂，获得具有涂料的试样；
涂料喷涂主要是为了使视频可以追踪到开裂数据从而分析后获得带钢试样的成形极限曲线。用覆盖物覆盖压边区，可以避免涂料喷至第一变形区和第二变形区，导致凸模冲压试样时，第一变形区和第二变形区的涂料剥落产生打滑问题。
S3，去掉所述具有涂料的试样压边区的覆盖物后进行成形极限试验。
作为本发明实施例的一种实施方式，所述涂料喷涂包括散斑喷涂，在试样表面喷涂白色作为底色，以刚好覆盖试样底色为宜，不应过厚；待白色干燥后(无粘黏感)，再喷涂黑色漆到表面，所述喷涂黑色漆以斑点形式分部，大小3-5个像素。
作为本发明实施例的一种实施方式，所述涂料喷涂包括油漆喷涂，所述油漆喷涂厚度以刚好覆盖试样底色为宜。
作为本发明实施例的一种实施方式，所述成形极限试验中，压边力为390-800KN。
压边力过大，过多消耗设备力值，容易导致冲压力不够；或者压力过大损坏试样加持部位。压边力过小，可能会导致压边区域进入变形区，导致极限试验失败。
作为本发明实施例的一种实施方式，所述试样的抗拉强度和所述压边力满足如下关系：
当试样抗拉强度为＜430MPa时，压边力为390KN；
当试样抗拉强度为430-600MPa时，压边力为390-420KN；
当试样抗拉强度为600-900MPa时，压边力为600-700KN；
当试样抗拉强度为＞900MPa时，压边力为700-800KN。
下面将结合实施例、对比例及实验数据对本发明的一种成形极限试验用带钢试验及极限试验方法进行详细说明。
实施例1
实施例1提供一种成形极限试验用带钢以及极限试验方法，进行极限试验的带钢的厚度为1.6mm，抗拉强度为832MPa，具体如下：
1、对上述的带钢进行制样，制样数量为3套，每套9个试样，共计27个，每套试样中变形区的宽度分别为20mm、40mm、60mm、80mm、100mm、120mm、140mm、160mm和180mm，每个变形区宽度的试样3块，这3块试样的编号一致，编号分别为1#、2#……9#。
其中，1-4#试样形状如图2所示，每个试样分别包括中心变形区1、第一变形区2、第二变形区3和压边区4，每个试样关于轧制方向的中心线抽对称，各区的具体尺寸如表1所示。5-9#试样形状如图3所示，每个试样包括中心变形区1和压边区4，各区的具体尺寸如表1所示。
2、用胶布粘住步骤1获得的1-4#试样的压边区，用胶布粘住步骤1的1-9#试样的压边区，然后对27个试样喷涂油漆，油漆厚度以刚好覆盖样板漆膜颜色为准。
3、对步骤2喷涂油漆后的27个试样的变形区进行散斑喷涂，散斑均匀分布，像素控制在5-20μm。
4、对步骤3处理后的27个试样去除胶布，分别置入工装，在650KN的压边力下进行冲压，当视频检测到试样开裂后，停止冲压，极限试验结束。
5、对上述的27个试样的临界开裂点的图像进行软件拟合，获得带钢试样的成形极限性能，注意所有试样的开裂位置要符合标准要求。
表1
Figure BDA0003061557520000061
实施例2
实施例2提供一种成形极限试验用带钢以及极限试验方法，进行极限试验的带钢的厚度为1.2mm，抗拉强度为1200MPa，具体如下：
1、对上述的带钢进行制样，制样数量为3套，每套9个试样，共计27个，每套试样中中心变形区的宽度分别为20mm、40mm、60mm、80mm、100mm、120mm、140mm、160mm和180mm，每个变形区宽度的试样3块试样编号一致，编号分别为1#、2#……9#。
其中，1-4#试样形状如图2所示，每个试样分别包括中心变形区1、第一变形区2、第二变形区3和压边区4，每个试样关于轧制方向的中心线抽对称，各区的具体尺寸如表1所示。5-9#试样形状如图3所示，每个试样包括中心变形区和压边区，各区的具体尺寸如表1所示。
2、用胶布粘住步骤1获得的1-4#试样的压边区，用胶布粘住步骤1的1-9#试样的压边区，然后对27个试样喷涂油漆，油漆厚度以刚好覆盖样板漆膜颜色为准。
3、对步骤2喷涂油漆后的27个试样的变形区进行散斑喷涂，散斑均匀分布，像素控制在5-20μm。
4、对步骤3处理后的24个试样去除胶布，分别置入工装，在800KN的压边力下进行冲压，当视频检测到试样开裂后，停止冲压，极限试验结束。
5、对上述的27个试样的临界开裂点的图像进行软件拟合，获得带钢试样的成形极限性能，注意所有试样的开裂位置要符合标准要求。
表2
Figure BDA0003061557520000071
实施例3
实施例3提供一种成形极限试验用带钢以及极限试验方法，进行极限试验的带钢的厚度为1.5mm，抗拉强度为780MPa，具体如下：
1、对上述的带钢进行制样，制样数量为3套，每套9个试样，共计27个，每套试样中中心变形区的宽度分别为20mm、40mm、60mm、80mm、100mm、120mm、140mm、160mm和180mm，每个中心变形区宽度的试样3块，这3块试样的编号一致，编号分别为1#、2#……9#。
其中，1-4#试样形状如图2所示，每个试样分别包括中心变形区1、第一变形区2、第二变形区3和压边区4，每个试样关于轧制方向的中心线抽对称，各区的具体尺寸如表1所示。5-9#试样形状如图3所示，每个试样包括中心变形区和压边区2，各区的具体尺寸如表1所示。
2、用胶布粘住步骤1获得的1-4#试样的压边区，用胶布粘住步骤1的1-9#试样的压边区，然后对27个试样喷涂油漆，油漆厚度以刚好覆盖样板漆膜颜色为准。
3、对步骤2喷涂油漆后的27个试样的变形区进行散斑喷涂，散斑均匀分布，像素控制在5-20μm。
4、对步骤3处理后的24个试样去除胶布，分别置入工装，在650KN的压边力下进行冲压，当视频检测到试样开裂后，停止冲压，极限试验结束。
5、对上述的27个试样的临界开裂点的图像进行软件拟合，获得带钢试样的成形极限性能，注意所有试样的开裂位置要符合标准要求。
表3
Figure BDA0003061557520000081
对上述的实施例1-3的带钢成形极限试验的情况进行统计，其中编号为1-4#试样一次检测成功率分别为91.67％、100.00％和100.00％，远远超出了按照GBT15825.8-2008和GB/T24171.2-2009标准制备的试样成形极限试验成功率67％。
本发明提供了一种成形极限试验用带钢试样和极限试验方法，由于第二变形区3、第一变形区2和中心变形区1的宽度依次变小，而材料本身的强度时固定的，在成形极限试验变形时，作用在试样上的力是一定值，而中心变形区1的宽度最窄，所以中心变形区1单位尺寸上的力是最大的，当中心变形区1单位尺寸的力超过其强度后就会出现开裂，而第一变形区2和第二变形区3由于宽度较宽，在中心变形区开裂之前，作用在第一变形区2和第二变形区3上的力均不会超过材料的强度，从而第一变形区2和第二变形区3在成形极限试验中不会开裂，进而提升试样断裂在中部的概率，大概率避免开裂位置靠近形变区边缘导致试验不成功的情况。其试验一次成功率达到91.67％以上，避免了重新取样测试，节省人力、物力成本；为成形极限试验方法标准的修订提供参考；在成形极限测试领域，提供了很好的借鉴。
最后，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过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，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过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种成形极限试验用带钢试样，所述试样的长度方向为轧制方向，其特征在于，所述试样包括，
中心变形区，所述中心变形区宽度9-64mm；
两个第一变形区，两个所述第一变形区的一端分别与所述中心变形区长度方向的两端连接，每个所述第一变形区宽度＞所述中心变形区的宽度以使所述试样的两侧均呈现出一个阶梯；
两个第二变形区，两个所述第二变形区的一端分别与两个所述第一变形区远离所述中心变形区的一端连接，每个所述第二变形区宽度＞所述第一变形区宽度以使所述试样的两侧均呈现出另一个阶梯；
两个压边区，两个所述压边区的一端分别与两个所述第二变形区远离所述中心变形区的一端连接。
2.根据权利要求1所述的一种成形极限试验用试样，其特征在于，每个所述第一变形区宽度为15-70mm，每个所述第二变形区宽度为20-80mm。
3.根据权利要求1所述的一种成形极限试验用试样，其特征在于，每个所述第一变形区长度为11-16mm，每个所述第二变形区的长度为50-65mm。
4.根据权利要求1所述的一种成形极限试验用试样，其特征在于，所述试样还包括多个第三变形区，每个所述第三变形区形状呈现为斜边是弧形的直角三角形，所述直角三角形的两个直角边分别与所述第一变形区和所述中心变形区连接。
5.根据权利要求1所述的一种成形极限试验用试样，其特征在于，所述试样的厚度为0.2-3.0mm。
6.如权利要求1-5任一项所述的一种带钢试样成形极限试验方法，其特征在于，所述方法包括，
获得如权利要求1-5任一项所述的带钢试样；
用覆盖物覆盖所述待试验试样的两个压边区后，进行涂料喷涂，获得具有涂料的试样；
去掉所述具有涂料的试样压边区的覆盖物后进行成形极限试验。
7.根据权利要求6所述的一种带钢试样成形极限试验方法，其特征在于，所述试样的厚度和所述压边力满足如下关系：
当试样抗拉强度≤900MPa时，压边力为390-700KN；
当试样抗拉强度＞900MPa时，压边力为700-800KN。
8.根据权利要求7所述的一种带钢试样成形极限试验方法，其特征在于，所述当试样抗拉强度≤900MPa时，压边力为390-700KN，包括，
当试样抗拉强度为600-900MPa时，压边力为600-700KN；
当试样抗拉强度＜600MPa时，压边力为390-420KN。
9.根据权利要求7所述的一种带钢试样成形极限试验方法，其特征在于，所述当试样抗拉强度＜600MPa时，压边力为390-420KN，包括
当试样抗拉强度＜430MPa时，压边力为390KN；
当试样抗拉强度≥430且＜600MPa时，压边力为390-420KN。
10.根据权利要求6所述的一种带钢试样成形极限试验方法，其特征在于，所述涂料喷涂包括散斑喷涂，所述散斑的尺寸为5-20μm。
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