CN113587880B - 一种测定扩孔率的试验与计算方法 - Google Patents

一种测定扩孔率的试验与计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种测定扩孔率的试验与计算方法，其步骤包括：制备扩孔试样、固定行程加载、判定有效试样、记录试验数据和计算扩孔率。本发明针对当前扩孔试验标准中存在的裂纹判断标准和扩孔率计算方法的问题，制定了相应的技术解决方案，解决了传统测试方法中的技术不足，提升了材料扩孔率的测量精度，为扩孔率在冲压仿真模型的工程应用打下了坚实的基础，将推动对先进高强钢边缘开裂问题的解决。本发明具有实用性、低成本、精度高和规范化的技术优势，将具有重要的工程实践意义和广阔的工程应用前景。

Description

一种测定扩孔率的试验与计算方法
技术领域
本发明属于金属薄板成形领域，尤其是涉及测定金属材料扩孔率的试验与计算方法。
背景技术
先进高强钢在零件冲压成形中易发生边缘开裂现象，是主机厂和钢铁厂面临的一个具有共性的工程难题。“如何预防边缘开裂？”和“如何预测边缘开裂？”，是当前学术界和工程界关于边缘开裂的研究重点。
针对“如何预防边缘开裂？”，主机厂和钢铁厂已经形成了一个广泛的共识，即提升材料的扩孔率可有效的降低零件边缘开裂的风险。针对“如何预测边缘开裂？”，有专家和学者已经意识到了扩孔率作为边缘开裂的评价指标的可行性和重要性，如美国钢铁公司(United States Steel Corporation)在其公开的文献——SAE 2007-01-1693中对此进行了充分的论证；本申请的发明人提交的“一种测定等效塑性应变成形极限图的试验与计算方法(专利申请号2021101850376)”，成功的将扩孔率引入到了成形极限图中，用于预测边缘开裂。因此，如何精准的测定和监测材料扩孔率对解决零件边缘开裂问题就显得尤为重要。
当前的扩孔试验标准——GB/T 24524或ISO 16630，因测试结果不确定性和波动性极大而广受非议。安塞乐米塔尔(ArcelorMittal)早期的研究表明“人为判断因素”将显著影响扩孔率的测定结果，所谓“人为判断因素”是指判断裂纹穿透的终止时刻存在非常大的不确定性，从而导致测量结果波动性极大。一般而言，按照GB/T 24524或ISO 16630所测扩孔率要小于材料的实际扩孔率，可能的后果是：一方面，可能会导致主机厂零件抗边缘开裂的过设计；另一方面，可能会导致原材料供应商不必要的生产成本增加。
在“如何预防边缘开裂？”的问题上，瑞典钢铁公司(SSAB)充分研究和认识到控制和提升先进高强钢的扩孔率对解决边缘开裂问题的重要性；在“如何预测边缘开裂？”的问题上，由于“测试结果不确定性和波动性”而放弃了将扩孔率作为评估指标，提出了基于大量试验测量的“三维边缘成形极限图”。
USS在2008年的IDDRG(International Deep Drawing Research Group，国际深冲压研究组织)国际会议上，介绍了一种扩孔试验的新测量系统，由两部分组成，包括数值记录和测量系统(Digital Recording and Measurement System，简称“DRMS”)和“Tinus-Olsen”成形机。基于DRMS记录的照片，选择其中出现临界的穿透或贯穿厚度裂纹的图片，DRMS可以计算出此照片的孔内径，并用于扩孔率的计算，由于新测量系统可以精确确定临界穿透裂纹的状态，因而，避免了“人为判断因素”的影响。
GB/T 24524或ISO 16630的裂纹终止时刻判断条件是“出现穿透试样厚度的裂纹时”，与采用内径计算扩孔率相对应，其测定结果与厚度存在较大的相关性。本发明人认为：扩孔率应是试样出现微裂纹时测定的扩孔率，当人为观察到穿透裂纹而立刻停止试验时，材料早已失效，同时，材料失效应与测量外径相对应，其测定的结果与厚度不相关。因此，采用内径计算扩孔率和采用外径计算扩孔率，两种计算方法在研究对象上存在本质的差别：前者是“试样失效”，后者是“材料失效”。若采用外径计算扩孔率，而不改变裂纹判断条件，则会产生更大的测量误差，因此，建议与之对应的裂纹判断条件也需相应的发生变化，即采用判断“材料失效”的标准。
因此，在“穿透试样厚度的裂纹终止时刻的判断”和“材料扩孔率的计算方法”两个方面上，GB/T 24524或ISO 16630均存在较大的不足和争议，严重地限制了扩孔试验标准的工程应用。
发明内容
1、本发明解决的技术问题
本发明所要解决的技术问题是：针对GB/T 24524或ISO 16630在“裂纹穿透终止时刻的判断”上的问题，将传统测试方法中由条件(在试验过程中主观判断裂纹是否穿透)确定结果(计算扩孔率)，转变为由结果(预估扩孔率)确定条件(根据试验结束后的试样客观判断裂纹是否穿透)；针对GB/T 24524或ISO 16630在“材料扩孔率的计算方法”上的问题，提出了采用外径计算扩孔率，同时，将裂纹判断条件“孔出现穿透试样厚度裂纹时终止”修正了“孔外径边缘仅出现肉眼可见的微裂纹时终止”。因此，针对性的制定了不同的测定扩孔率的试验与计算方法，以解决材料扩孔率测量的精度问题，具有实用性、低成本、精度高和规范化的技术优势。
2、本发明的技术方案
为了实现本发明所要解决的技术问题的目的，本发明提供了一种测定扩孔率的试验和计算方法，其步骤包括：
步骤一、制备扩孔试样：制备若干初始直径为D0的扩孔试样；
步骤二、固定行程加载：从制备的扩孔试样中取n个试样，将扩孔试样放置在扩孔试验机上，并设定相同的固定加载行程dfix对n个试样分别进行扩孔试验，所述的固定加载行程dfix是指空行程d0与有效加载行程deff的两者之和，所述的空行程d0是指锥形冲头与孔的下边缘未接触之前所移动的距离，所述的有效加载行程deff是指锥形冲头与孔的下边缘开始接触到锥形冲头停止运动所移动的距离；
步骤三、判定有效试样：扩孔试验结束后取出试样，存在三种情形：
情形一：在n个试样中，孔外径边缘最严重的裂纹状态为“仅出现肉眼可见的微裂纹”，则满足试验终止条件，若只有一个试样，则将此试样判定为有效试样，若存在多个试样，则均判定为有效试样；
情形二：在n个试样中，孔外径边缘最严重的裂纹状态为“未出现肉眼可见的微裂纹”，则重新进行固定行程加载的扩孔试验，在步骤二中增大有效加载行程deff，其增大的有效加载行程变化量为Δdeff，直到出现情形一为止；
情形三：在n个试样中，至少存在一个试样，孔外径边缘的裂纹状态为“出现具有一定穿透深度的裂纹”，则重新进行固定行程加载的扩孔试验，在步骤二中减小有效加载行程deff，其减小的有效加载行程变化量为Δdeff，直到出现情形一为止；
步骤四、记录试验数据：测量并记录每个有效试样扩孔之后的外径Dout；
步骤五、计算扩孔率：计算每个有效试样的扩孔率λ，按下式计算：
Figure BDA0003182623520000031
其中，D0为试样的初始直径，Dout为有效试样扩孔之后的外径。
进一步的，所述的测定扩孔率的试验与计算方法，其特征在于：在步骤一中，参考GB/T 24524或ISO 16630标准规定的试样尺寸及冲孔规定，制备试样的初始直径D0等于10mm；在步骤二中，至少取3个试样，试样放置的方向要么毛刺均朝上，要么毛刺均朝下，在扩孔试验开始时，保持孔的下边缘与锥形冲头处于接触状态，即空行程d0等于零，则设定的固定加载行程dfix等于有效加载行程deff。
进一步的，所述的测定扩孔率的试验与计算方法，其特征在于：在步骤二中，有效加载行程deff按如下方法确定：取3个试样，分别进行扩孔试验，判断试样出现“肉眼可见的微裂纹”或“穿透试样厚度的裂纹”时，终止试验，并取出试样；从“扩孔载荷F-加载行程S曲线”上，读取最大扩孔载荷Fmax对应的有效加载行程
Figure BDA0003182623520000032
3个试样的有效加载行程依次记为
Figure BDA0003182623520000033
取3个试样有效加载行程
Figure BDA0003182623520000034
的最小值、或平均值、或最大值，作为有效加载行程deff。
进一步的，所述的测定扩孔率的试验与计算方法，其特征在于：在步骤三中，情形二和情形三中的有效加载行程变化量Δdeff小于等于1.0mm。
一种测定扩孔率的试验与计算方法，其步骤包括：
步骤一、制备扩孔试样：根据GB/T 24524或ISO 16630标准规定的试样尺寸要求及冲孔规定，制备若干初始直径为D0等于10mm的扩孔试样；
步骤二、固定行程加载：从制备的扩孔试样中取n个试样，将扩孔试样放置在扩孔试验机上，并设定相同的固定加载行程dfix对n个试样分别进行扩孔试验，所述的固定加载行程dfix是指空行程d0与有效加载行程deff的两者之和，所述的空行程d0是指锥形冲头与孔的下边缘未接触之前所移动的距离，所述的有效加载行程deff是指锥形冲头与孔的下边缘开始接触到锥形冲头停止运动所移动的距离；
步骤三、判定有效试样：扩孔试验结束后取出试样，存在三种情形：
情形一：在n个试样中，孔最严重的裂纹状态为“仅出现处于或接近于临界穿透试样厚度的裂纹”，则满足试验终止条件，若只有一个试样，则将此试样判定为有效试样，若存在多个试样，则均判定为有效试样；
情形二：在n个试样中，孔最严重的裂纹状态为“未出现处于或接近于临界穿透试样厚度的裂纹”，则重新进行固定行程加载的扩孔试验，在步骤二中增大有效加载行程deff，其增大的有效加载行程变化量为Δdeff，直到出现情形一为止；
情形三：在n个试样中，至少存在一个试样，孔的裂纹状态为“出现穿透试样厚度的裂纹”，则重新进行固定行程加载的扩孔试验，在步骤二中减小有效加载行程deff，其减小的有效加载行程变化量为Δdeff，直到出现情形一为止；
步骤四、记录试验数据：测量并记录每个有效试样扩孔之后的内径Dinner；
步骤五、计算扩孔率：计算每个有效试样的扩孔率λ，按下式计算：
Figure BDA0003182623520000041
其中，D0为试样的初始直径，Dinner为有效试样扩孔之后的内径。
进一步的，所述的测定扩孔率的试验与计算方法，其特征在于：在步骤二中，至少取3个试样，试样放置的方向要么毛刺均朝上，要么毛刺均朝下；在扩孔试验开始时，保持孔的下边缘与锥形冲头处于接触状态，即空行程d0等于零，则设定的固定加载行程dfix等于有效加载行程deff。
进一步的，所述的测定扩孔率的试验与计算方法，其特征在于：在步骤二中，有效加载行程deff按如下方法确定：取3个试样，分别进行扩孔试验，判断试样出现“穿透试样厚度的裂纹”时终止试验；从“扩孔载荷F-加载行程S曲线”上，读取最大扩孔载荷Fmax对应的有效加载行程
Figure BDA0003182623520000042
3个试样的有效加载行程依次记为
Figure BDA0003182623520000043
取3个试样有效加载行程
Figure BDA0003182623520000044
的最小值、或平均值、或最大值，作为有效加载行程deff；在步骤三中，情形二和情形三中的有效加载行程变化量Δdeff小于等于0.5mm。
一种测定扩孔率的试验与计算方法，其步骤包括：
步骤一、制备扩孔试样：根据GB/T 24524或ISO 16630标准规定的试样尺寸要求及冲孔规定，制备若干初始直径为D0等于10mm的扩孔试样；
步骤二、常规扩孔试验：从制备的扩孔试样中取3个，将扩孔试样放在扩孔试验机上，并对3个试样分别进行扩孔试验，直到出现“穿透试样厚度的裂纹”时终止试验，并从“扩孔载荷F-加载行程S曲线”上，读取最大扩孔载荷Fmax对应的有效加载行程
Figure BDA0003182623520000051
3个试样的有效加载行程依次记为
Figure BDA0003182623520000052
所述的空行程d0是指锥形冲头与孔的下边缘未接触之前所移动的距离；
步骤三、固定行程加载：从制备的试样中至少取3个试样，将扩孔试样放在扩孔试验机上，并设定相同的固定加载行程dfix对每个试样分别进行扩孔试验，所述的固定加载行程dfix是指空行程d0与有效加载行程deff的两者之和，所述的有效加载行程deff是指锥形冲头与孔的下边缘开始接触到锥形冲头停止运动所移动的距离，由在步骤二中读取的有效加载行程
Figure BDA0003182623520000053
确定，取
Figure BDA0003182623520000054
的最小值、或最大值、或平均值；
步骤四、判定有效试样：扩孔试验结束后取出试样，如果在所有试样中，孔外径边缘最严重的裂纹状态为“仅出现肉眼可见的微裂纹”，则满足试验终止条件，若只有一个试样，则将此试样判定为有效试样；若存在多个试样，则均判定为有效试样；
如果在所有试样中，存在一个试样被判定为无效试样，则减小有效加载行程deff，重新进行固定行程加载的扩孔试验，直到所有试样中，孔外径边缘最严重的裂纹状态为“仅出现肉眼可见的微裂纹”时为止；
步骤五、记录试验数据：测量并记录每个有效试样扩孔之后的外径Dout；
步骤六、计算扩孔率：计算每个有效试样的扩孔率λ，按下式计算：
Figure BDA0003182623520000055
其中，D0为试样的初始直径，Dout为有效试样扩孔之后的外径。
一种测定扩孔率的试验与计算方法，其步骤包括：
步骤一、制备扩孔试样：根据GB/T 24524或ISO 16630标准规定的试样尺寸要求及冲孔规定，制备若干初始直径为D0等于10mm的扩孔试样；
步骤二、常规扩孔试验：从制备的扩孔试样中至少取3个试样，将扩孔试样放在扩孔试验机上，并对每个试样分别进行扩孔试验，直到孔外径边缘“仅出现肉眼可见的微裂纹”时，终止试验；
步骤三、记录试验数据：从扩孔试验机上取出试样，测量并记录每个试样扩孔之后的外径Dout；
步骤四、计算扩孔率：计算每个试样的扩孔率λ，按下式计算：
Figure BDA0003182623520000061
其中，D0为试样的初始直径，Dout为有效试样扩孔之后的外径。
3、本发明的有益效果
本发明提供了一种测定扩孔率的试验与计算方法，其产生的有益效果主要体现在以下三个方面：
第一，实现了扩孔率的精确测量。由于本发明是根据试验结束后的试样，客观判断裂纹状态是否满足试验规定的技术要求，因此，不存在由于“人为判断因素”产生的测量误差，由于孔的加载行程是固定的，避免了在试验过程中需要“人为判断裂纹”，实现了对扩孔率的精确测量，同时，采用外径及其判断条件计算的扩孔率，本质上是带边缘损伤的材料失效工程应变，应用于边缘开裂的仿真预测更为合理。
第二，节省了更新测试设备的成本。基于现有的测试设备和测试条件，在几乎不增加任何成本且不影响试验流程的条件下，实现了对材料扩孔率的精确测量。相比USS介绍的新测试系统，两种方法的基本思路均是通过由“结果”确定“条件”是否满足，均是为了解决扩孔率测量精度的问题，但本发明省去了新系统的购置成本和管理成本，同时，本发明是根据实物判断和测量，而后者是根据图片判断和测量，显然，本发明更直观、更可靠。
第三，增强了扩孔试验标准的应用空间。材料的扩孔率是影响零件边缘开裂的关键因素，扩孔率作为边缘开裂的评估指标的最大障碍是传统方法不能精确的测定材料扩孔率，使得扩孔试验的工程价值被严重低估。随着本发明对扩孔率的精确测量，且可操作性极强，为扩孔率在冲压仿真模型的工程应用打下了坚实的基础，将提升主机厂和钢铁厂对扩孔试验的重视，从而，推动对先进高强钢边缘开裂问题的解决。
综上所述，通过本发明的实施，解决了传统测试方法中的技术不足，提升了扩孔测试的应用空间，因此，本发明具有重要的工程实践意义和广阔的工程应用前景。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
图1是本发明的实施例一新扩孔试验流程图示意图；
图2是本发明的冲孔之后的试样示意图；
图3是本发明的扩孔试验之后的试样及穿透裂纹示意图；
图4是本发明的扩孔试验力-位移加载曲线示意图；
图5是本发明的第一次扩孔试验之后穿透试样厚度的裂纹示意图；
图6是本发明的第二次扩孔试验之后具有较大穿透深度的裂纹示意图；
图7是本发明的第三次扩孔试验之后具有较小穿透深度的裂纹示意图；
图8是本发明的第四次扩孔试验之后孔外径边缘微裂纹示意图；
图9是本发明的毛刺朝下的孔外径边缘肉眼可见的微裂纹示意图；
图10是本发明的处于临界状态的穿透试样厚度的裂纹示意图；
图11是本发明的实施例四的新扩孔试验流程图示意图；
图12是本发明的实施例五的新扩孔试验流程图示意图；
图13是本发明的3个试样的外径边缘裂纹状态示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例一
本实施例以材料DP780/2.1mm为例，其流程图如图1所示的实施例一的新扩孔试验流程图，包括如下步骤：
步骤一、制备扩孔试样：根据GB/T 24524或ISO 16630标准规定的试样尺寸要求及冲孔规定，制备若干初始直径为D0等于10mm的扩孔试样，如图2所示的冲孔之后的试样；
步骤二、固定行程加载：从制备的扩孔试样中取3个试样；将扩孔试样均毛刺朝上放置在扩孔试验机上，在扩孔试验开始时，保持孔的下边缘与锥形冲头处于接触状态，即空行程d0等于零，则设定的固定加载行程dfix等于有效加载行程deff。在本次固定行程加载试验中，有效加载行程deff等于6.878mm，根据GB/T 24524或ISO 16630标准规定的技术条件，采用相同的有效加载行程对3个试样分别进行扩孔试验。
所述的固定加载行程dfix是指空行程d0与有效加载行程deff的两者之和，所述的空行程d0是指锥形冲头与孔的下边缘未接触之前所移动的距离，所述的有效加载行程deff是指锥形冲头与孔的下边缘开始接触到锥形冲头停止运动所移动的距离。
上述有效加载行程deff等于6.878mm，由如下方法确定，另取3个试样，根据GB/T24524或ISO 16630标准规定的试验方法分别进行扩孔试验：
第一，判断试样“出现穿透试样厚度的裂纹时(the instant of through-thickness crack)”终止试验，并取出试样，如图3所示的扩孔试验之后的试样及穿透厚度裂纹。
第二，从“扩孔载荷F-加载行程S曲线”上，如图4所示的扩孔试验力-位移加载曲线，读取最大扩孔载荷Fmax对应的有效加载行程
Figure BDA0003182623520000071
分别为7.591mm、6.962mm和6.878mm。
第三，取3个试样中最小的有效加载行程6.878mm，作为本次固定加载行程试验中的有效加载行程deff。
步骤三、判定有效试样：扩孔试验结束后取出试样，3个试样的裂纹判断结果均为“穿透试样厚度的裂纹”，即比“具有一定贯穿深度的裂纹”更加严重，如图5所示的第一次扩孔试验之后穿透试样厚度的裂纹，重新进行固定行程加载的扩孔试验。
第二次固定行程加载，另取3个试样，将有效加载行程由6.878mm降为6.0mm，即减小的有效加载行程变化量为Δdeff等于0.878mm，重新进行固定行程加载的扩孔试验，3个试样均未出现“穿透试样厚度的裂纹”，孔外径边缘的裂纹状态是“具有一定穿透深度的裂纹”，且裂纹穿透深度较大，如图6所示的第二次扩孔试验之后具有较大穿透深度的裂纹，继续进行固定行程加载的扩孔试验。
第三次固定行程加载，另取3个试样，将有效加载行程由6.0mm降为5.5mm，即减小的有效加载行程变化量为Δdeff等于0.5mm，重新进行固定行程加载的扩孔试验，3个试样中，孔外径边缘的裂纹状态依然是“具有一定贯穿深度的裂纹”，只是裂纹穿透深度较小，如图7所示的第三次扩孔试验之后具有较小穿透深度的裂纹，继续进行固定行程加载的扩孔试验。
第四次固定行程加载，另取3个试样，将有效加载行程由5.5mm降为5.0mm，即减小的有效加载行程变化量为Δdeff等于0.5mm，重新进行固定行程加载的扩孔试验，3个试样中存在一个试样，其孔外径边缘最严重的裂纹状态为“仅出现肉眼可见的微裂纹”，如图8所示的第四次扩孔试验之后孔外径边缘微裂纹，其它2个试样未见肉眼可见的微裂纹，满足试验终止条件，判定此试样为有效试样。
步骤四、记录试验数据：测量并记录此有效试样扩孔之后的外径Dout等于12.18mm。
步骤五、计算扩孔率：计算此有效试样的扩孔率λ，按下式计算：
Figure BDA0003182623520000081
即本次扩孔试验测量的材料DP780毛刺朝上的扩孔率为21.8％。若有多个有效试样，则取其平均值作为被测材料的扩孔率。
实施例二
根据实施例一中的试验流程及试验方法，将试样毛刺朝下，进行扩孔试验，当有效加载行程等于6.3mm时，3个试样中存在一个试样，其孔外径边缘最严重的裂纹状态为“仅出现肉眼可见的微裂纹”，如图9所示的毛刺朝下的孔外径边缘肉眼可见的微裂纹，其它2个试样未见肉眼可见的微裂纹，满足试验终止条件，判定此试样为有效试样。测量并记录此有效试样扩孔之后的外径Dout等于12.45mm，则本次扩孔试验测量的材料DP780毛刺朝下的扩孔率为24.5％。若有多个有效试样，则取其平均值作为被测材料的扩孔率。
实施例三
本实施例以材料DP780/2.1mm为例，其流程图如图1所示，包括如下步骤：
步骤一、制备扩孔试样：根据GB/T 24524或ISO 16630标准规定的试样尺寸要求及冲孔规定，制备若干初始直径为D0等于10mm的扩孔试样，如图2所示；
步骤二、固定行程加载：从制备的扩孔试样中取3个试样；将扩孔试样均毛刺朝上放置在扩孔试验机上，在扩孔试验开始时，保持孔的下边缘与锥形冲头处于接触状态，即空行程d0等于零，则设定的固定加载行程dfix等于有效加载行程deff。在本次固定行程加载试验中，有效加载行程deff等于6.878mm，采用相同的有效加载行程对3个试样分别进行扩孔试验。
所述的固定加载行程dfix是指空行程d0与有效加载行程deff的两者之和，所述的空行程d0是指锥形冲头与孔的下边缘未接触之前所移动的距离，所述的有效加载行程deff是指锥形冲头与孔的下边缘开始接触到锥形冲头停止运动所移动的距离。
上述有效加载行程deff等于6.878mm，由如下方法确定，另取3个试样，根据GB/T24524或ISO 16630标准规定的试验方法分别进行扩孔试验：
第一，判断试样出现“穿透试样厚度的裂纹时(the instant of through-thickness crack)”终止试验，并取出试样，如图3所示。
第二，从“扩孔载荷F-加载行程S曲线”上，如图4所示，读取最大有效加载行程Smax，分别为7.591mm、6.962mm和6.878mm。
第三，取3个试样中最小的有效加载行程6.878mm，作为本次固定加载行程试验中的有效加载行程deff。
步骤三、判定有效试样。扩孔试验结束后取出试样，3个试样的裂纹判断结果均为“穿透试样厚度的裂纹”的状态，如图5所示，没有试样的裂纹状态为“处于或接近于临界穿透状态”，重新进行固定行程加载的扩孔试验。
第二次，另取3个试样，将有效加载行程由6.878mm降为6.8mm，即减小的有效加载行程变化量为Δdeff等于0.078mm，重新进行固定行程加载的扩孔试验，其中一个试样出现“临界穿透试样厚度的裂纹”，如图10所示的处于临界状态的穿透试样厚度的裂纹，其余未出现“穿透试样厚度的裂纹”，满足试验终止条件，判定此试样为有效试样。
步骤四、记录试验数据：测量并记录此有效试样扩孔之后的内径Dinner等于11.13mm。
步骤五、计算扩孔率：计算此有效试样的扩孔率λ，按下式计算：
Figure BDA0003182623520000091
即本次扩孔试验测量的材料DP780毛刺朝上的扩孔率为11.3％。若有多个有效试样，则取其平均值作为被测材料的扩孔率。
实施例四
本实施例以材料DP780/2.1mm为例，其流程图如图11所示的实施例四的新扩孔试验流程图，包括如下步骤：
步骤一、制备扩孔试样：根据GB/T 24524或ISO 16630标准规定的试样尺寸要求及冲孔规定，制备若干初始直径为D0等于10mm的扩孔试样，如图2所示；
步骤二、常规扩孔试验：从制备的扩孔试样中取3个，将扩孔试样均毛刺朝上放置在扩孔试验机上，并对3个试样分别进行扩孔试验：
第一，判断试样出现“穿透试样厚度的裂纹时(the instant of through-thickness crack)”终止试验，如图3所示，并取出试样。
第二，从“扩孔载荷F-加载行程S曲线”上，如图4所示，读取最大扩孔载荷Fmax对应的有效加载行程
Figure BDA0003182623520000101
3个试样的有效加载行程依次记为
Figure BDA0003182623520000102
分别为7.591mm、6.962mm和6.878mm。
步骤三、固定行程加载：从制备的试样中至少取3个试样，将扩孔试样均毛刺朝上放在扩孔试验机上，并设定相同的固定加载行程dfix对每个试样分别进行扩孔试验，所述的固定加载行程dfix是指空行程d0与有效加载行程deff的两者之和，所述的有效加载行程deff是指锥形冲头与孔的下边缘开始接触到锥形冲头停止运动所移动的距离，所述的空行程d0是指锥形冲头与孔的下边缘未接触之前所移动的距离。由在步骤二中读取的有效加载行程
Figure BDA0003182623520000103
确定，取三者的最小值6.878mm，因此，在本次固定行程加载试验中，有效加载行程deff等于6.878mm，采用相同的有效加载行程对3个试样分别进行扩孔试验。
步骤三、判定有效试样：扩孔试验结束后取出试样，3个试样的裂纹判断结果均为“穿透试样厚度的裂纹”，比“具有一定穿透深度的裂纹”更加严重，如图5所示，重新进行固定行程加载的扩孔试验。
第二次固定行程加载，另取3个试样，将有效加载行程由6.878mm降为6.0mm，即减小的有效加载行程变化量为Δdeff等于0.878mm，重新进行固定行程加载的扩孔试验，3个试样均未出现“穿透试样厚度的裂纹”，孔外径边缘的裂纹状态是“具有一定穿透深度的裂纹”，且裂纹穿透深度较大，如图6所示，继续进行固定行程加载的扩孔试验。
第三次固定行程加载，另取3个试样，将有效加载行程由6.0mm降为5.5mm，即减小的有效加载行程变化量为Δdeff等于0.5mm，重新进行固定行程加载的扩孔试验，3个试样中，孔外径边缘的裂纹状态依然是“具有一定穿透深度的裂纹”，只是裂纹穿透深度较小，如图7所示，继续进行固定行程加载的扩孔试验。
第四次固定行程加载，另取3个试样，将有效加载行程由5.5mm降为5.0mm，即减小的有效加载行程变化量为Δdeff等于0.5mm，重新进行固定行程加载的扩孔试验，3个试样中存在一个试样，其孔外径边缘最严重的裂纹状态为“仅出现肉眼可见的微裂纹”，如图8所示，其它2个试样未见肉眼可见的微裂纹，满足试验终止条件，判定此试样为有效试样。
步骤五、记录试验数据：测量并记录此有效试样扩孔之后的外径Dout等于12.18mm。
步骤六、计算扩孔率：计算此有效试样的扩孔率λ，按下式计算：
Figure BDA0003182623520000111
即扩孔试验测量的材料DP780毛刺朝上的扩孔率为21.8％。若有多个有效试样，则取其平均值作为被测材料的扩孔率。
实施例五
本实施例以材料DP780/1.7mm为例，其流程图如图12所示的实施例五的新扩孔试验流程图，包括如下步骤：
步骤一、制备扩孔试样：根据GB/T 24524或ISO 16630标准规定的试样尺寸要求及冲孔规定，制备若干初始直径为D0等于10mm的扩孔试样。
步骤二、常规扩孔试验：从制备的扩孔试样中取3个试样，根据GB/T 24524或ISO16630标准规定的试验要求，将扩孔试样均毛刺朝上放在扩孔试验机上，对每个试样分别进行扩孔试验，直到孔外径边缘“出现肉眼可见的微裂纹”时终止试验，如图13所示的3个试样的外径边缘裂纹状态。
步骤三、记录试验数据：从扩孔试验机上取出试样，测量并记录每个试样扩孔之后的外径Dout，3个试样的外径分别为12.36mm、12.57mm和12.70mm。
步骤四、计算扩孔率：计算每个试样的扩孔率λ，按下式计算：
Figure BDA0003182623520000112
其中，D0为试样的初始直径，Dout为有效试样扩孔之后的外径，计算得到3个试样的扩孔率分别为23.6％、25.7％和27.0％，取3个试样扩孔率的平均值25.4％作为被测材料的扩孔率。
以上实施方式仅为本发明的示例性实施方式，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员在本发明的实质性保护范围内，对本发明做出的各种修改或等同替换也落在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种测定扩孔率的试验与计算方法，其步骤包括：
步骤一、制备扩孔试样：制备若干初始直径为D0的扩孔试样；
步骤二、固定行程加载：从制备的扩孔试样中取n个试样，将扩孔试样放置在扩孔试验机上，并设定相同的固定加载行程dfix对n个试样分别进行扩孔试验，所述的固定加载行程dfix是指空行程d0与有效加载行程deff的两者之和，所述的空行程d0是指锥形冲头与孔的下边缘未接触之前所移动的距离，所述的有效加载行程deff是指锥形冲头与孔的下边缘开始接触到锥形冲头停止运动所移动的距离；
步骤三、判定有效试样：扩孔试验结束后取出试样，存在三种情形：
情形一：在n个试样中，孔外径边缘最严重的裂纹状态为“仅出现肉眼可见的微裂纹”，则满足试验终止条件，若只有一个试样，则将此试样判定为有效试样，若存在多个试样，则均判定为有效试样；
情形二：在n个试样中，孔外径边缘最严重的裂纹状态为“未出现肉眼可见的微裂纹”，则重新进行固定行程加载的扩孔试验，在步骤二中增大有效加载行程deff，其增大的有效加载行程变化量为Δdeff，直到出现情形一为止；
情形三：在n个试样中，至少存在一个试样，孔外径边缘的裂纹状态为“出现具有一定穿透深度的裂纹”，则重新进行固定行程加载的扩孔试验，在步骤二中减小有效加载行程deff，其减小的有效加载行程变化量为Δdeff，直到出现情形一为止；
步骤四、记录试验数据：测量并记录每个有效试样扩孔之后的外径Dout；
步骤五、计算扩孔率：计算每个有效试样的扩孔率λ，按下式计算：
Figure FDA0004159912990000011
其中，D0为试样的初始直径，Dout为有效试样扩孔之后的外径。
2.根据权利要求1所述的测定扩孔率的试验与计算方法，其特征在于：在步骤一中，参考GB/T 24524或ISO 16630标准规定的试样尺寸及冲孔规定，制备试样的初始直径D0等于10mm；在步骤二中，至少取3个试样，试样放置的方向要么毛刺均朝上，要么毛刺均朝下，在扩孔试验开始时，保持孔的下边缘与锥形冲头处于接触状态，即空行程d0等于零，则设定的固定加载行程dfix等于有效加载行程deff。
3.根据权利要求2所述的测定扩孔率的试验与计算方法，其特征在于：在步骤二中，有效加载行程deff按如下方法确定：取3个试样，分别进行扩孔试验，判断试样出现“肉眼可见的微裂纹”或“穿透试样厚度的裂纹”时，终止试验，并取出试样；从“扩孔载荷F-加载行程S曲线”上，读取最大扩孔载荷Fmax对应的有效加载行程
Figure FDA0004159912990000012
3个试样的有效加载行程依次记为
Figure FDA0004159912990000013
取3个试样有效加载行程
Figure FDA0004159912990000014
的最小值、或平均值、或最大值，作为有效加载行程deff。
4.根据权利要求3所述的测定扩孔率的试验与计算方法，其特征在于：在步骤三中，情形二和情形三中的有效加载行程变化量Δdeff小于等于1.0mm。
5.一种测定扩孔率的试验与计算方法，其步骤包括：
步骤一、制备扩孔试样：根据GB/T 24524或ISO 16630标准规定的试样尺寸要求及冲孔规定，制备若干初始直径为D0等于10mm的扩孔试样；
步骤二、固定行程加载：从制备的扩孔试样中取n个试样，将扩孔试样放置在扩孔试验机上，并设定相同的固定加载行程dfix对n个试样分别进行扩孔试验，所述的固定加载行程dfix是指空行程d0与有效加载行程deff的两者之和，所述的空行程d0是指锥形冲头与孔的下边缘未接触之前所移动的距离，所述的有效加载行程deff是指锥形冲头与孔的下边缘开始接触到锥形冲头停止运动所移动的距离；
步骤三、判定有效试样：扩孔试验结束后取出试样，存在三种情形：
情形一：在n个试样中，孔最严重的裂纹状态为“仅出现处于或接近于临界穿透试样厚度的裂纹”，则满足试验终止条件，若只有一个试样，则将此试样判定为有效试样，若存在多个试样，则均判定为有效试样；
情形二：在n个试样中，孔最严重的裂纹状态为“未出现处于或接近于临界穿透试样厚度的裂纹”，则重新进行固定行程加载的扩孔试验，在步骤二中增大有效加载行程deff，其增大的有效加载行程变化量为Δdeff，直到出现情形一为止；
情形三：在n个试样中，至少存在一个试样，孔的裂纹状态为“出现穿透试样厚度的裂纹”，则重新进行固定行程加载的扩孔试验，在步骤二中减小有效加载行程deff，其减小的有效加载行程变化量为Δdeff，直到出现情形一为止；
步骤四、记录试验数据：测量并记录每个有效试样扩孔之后的内径Dinner；
步骤五、计算扩孔率：计算每个有效试样的扩孔率λ，按下式计算：
Figure FDA0004159912990000021
其中，D0为试样的初始直径，Dinner为有效试样扩孔之后的内径。
6.根据权利要求5所述的测定扩孔率的试验与计算方法，其特征在于：在步骤二中，至少取3个试样，试样放置的方向要么毛刺均朝上，要么毛刺均朝下；在扩孔试验开始时，保持孔的下边缘与锥形冲头处于接触状态，即空行程d0等于零，则设定的固定加载行程dfix等于有效加载行程deff。
7.根据权利要求6所述的测定扩孔率的试验与计算方法，其特征在于：在步骤二中，有效加载行程deff按如下方法确定：取3个试样，分别进行扩孔试验，判断试样出现“穿透试样厚度的裂纹”时终止试验；从“扩孔载荷F-加载行程S曲线”上，读取最大扩孔载荷Fmax对应的有效加载行程
Figure FDA0004159912990000031
3个试样的有效加载行程依次记为
Figure FDA0004159912990000032
Figure FDA0004159912990000033
取3个试样有效加载行程
Figure FDA0004159912990000034
的最小值、或平均值、或最大值，作为有效加载行程deff；在步骤三中，情形二和情形三中的有效加载行程变化量Δdeff小于等于0.5mm。
8.一种测定扩孔率的试验与计算方法，其步骤包括：
步骤一、制备扩孔试样：根据GB/T 24524或ISO 16630标准规定的试样尺寸要求及冲孔规定，制备若干初始直径为D0等于10mm的扩孔试样；
步骤二、常规扩孔试验：从制备的扩孔试样中取3个，将扩孔试样放在扩孔试验机上，并对3个试样分别进行扩孔试验，直到出现“穿透试样厚度的裂纹”时终止试验，并从“扩孔载荷F-加载行程S曲线”上，读取最大扩孔载荷Fmax对应的有效加载行程
Figure FDA0004159912990000035
3个试样的有效加载行程依次记为
Figure FDA0004159912990000036
步骤三、固定行程加载：从制备的试样中至少取3个试样，将扩孔试样放在扩孔试验机上，并设定相同的固定加载行程dfix对每个试样分别进行扩孔试验，所述的固定加载行程dfix是指空行程d0与有效加载行程deff的两者之和，所述的空行程d0是指锥形冲头与孔的下边缘未接触之前所移动的距离，所述的有效加载行程deff是指锥形冲头与孔的下边缘开始接触到锥形冲头停止运动所移动的距离，由在步骤二中读取的有效加载行程
Figure FDA0004159912990000037
确定，取
Figure FDA0004159912990000038
的最小值、或最大值、或平均值；
步骤四、判定有效试样：扩孔试验结束后取出试样，如果在所有试样中，孔外径边缘最严重的裂纹状态为“仅出现肉眼可见的微裂纹”，则满足试验终止条件，若只有一个试样，则将此试样判定为有效试样；若存在多个试样，则均判定为有效试样；
如果在所有试样中，存在一个试样被判定为无效试样，则减小有效加载行程deff，重新进行固定行程加载的扩孔试验，直到所有试样中，孔外径边缘最严重的裂纹状态为“仅出现肉眼可见的微裂纹”时为止；
步骤五、记录试验数据：测量并记录每个有效试样扩孔之后的外径Dout；
步骤六、计算扩孔率：计算每个有效试样的扩孔率λ，按下式计算：
Figure FDA0004159912990000039
其中，D0为试样的初始直径，Dout为有效试样扩孔之后的外径。
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