CN115372138A - 一种高强钢真实断裂应变的测量方法 - Google Patents

一种高强钢真实断裂应变的测量方法 Download PDF

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王秋雨
孟根巴根
李立铭
徐宽
刘淑影
魏升辉
张赛娟
张茜
吕浩
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    • G01N2203/0017—Tensile

Abstract

本发明涉及一种高强钢真实断裂应变的测量方法，属于金属材料断裂韧性检测方法技术领域。本发明的技术方案是：根据应变路径要求确定试样的形状，在Zwick/Roell拉伸实验机上进行单向拉伸实验至试样断裂，利用体式显微镜下观察试样断面宏观形貌并拍照，采用绘图软件测量试样断面的横截面积，再依据体积不变原理计算出材料断裂时的真应变。本发明的有益效果是：实现了在拉伸试验机上完成高强钢真实断裂应变的测试，解决了目前无法精准测量高强钢真实断裂应变的难题，测量精度高，操作简单。

Description

一种高强钢真实断裂应变的测量方法
技术领域
本发明涉及一种高强钢真实断裂应变的测量方法，属于金属材料断裂韧性检测方法技术领域。
背景技术
随着汽车轻量化的进程，高强钢由于同时满足车身轻量化和碰撞安全的双重目标，越来越广泛地应用在车身的典型零部件中。目前通常用单轴拉伸实验得到的延伸率来表征高强钢的断裂应变，但高强钢开裂位置的局部应变远大于材料的延伸率。现在有部分学者开始探索采用DIC技术测量高强钢的断裂应变，由于高强钢强度高、韧性差导致从出现缩颈到断裂之间的时间非常短，高速相机很难捕捉到试样的开裂时刻，从而使得DIC测量得到的高强钢断裂应变数值偏低。
发明内容
本发明的目的是提供一种高强钢真实断裂应变的测量方法，基于体积不变原理推到出计算高强钢真实断裂应变的公式，实现了在拉伸试验机上完成高强钢真实断裂应变的测试，解决了目前无法精准测量高强钢真实断裂应变的难题，测量精度高，操作简单。
本发明的技术方案是：一种高强钢真实断裂应变的测量方法，包含以下步骤：根据应变路径要求确定试样的形状，在Zwick/Roell拉伸实验机上进行单向拉伸实验至试样断裂，在体式显微镜下观察试样断面宏观形貌并拍照，利用绘图软件测量试样断面的横截面积，再依据体积不变原理计算出材料断裂时的真应变。
所述根据应变路径要求确定试样的形状，单轴拉伸应变路径选择标距为A50的拉伸试样，平面应变路径选择R5缺口拉伸试样。
所述利用绘图软件测量断面横截面积的像素，并根据比例尺的长度和像素关系，推导出断面的横截面积。
所述根据体积不变原理，A0×L0＝A×L，得到长度和横截面积呈反比例关系
Figure BDA0003802906790000021
其中A0和L0分别为开裂位置附近试样初始的横截面积和长度，A和L为断裂后断面的横截面积和长度。
所述材料断裂时的真应变，利用真实应变与工程应变的关系ε＝ln(1+e)，
Figure BDA0003802906790000022
其中ε为真实应变，e为工程应变，因此材料断裂时的真应变
Figure BDA0003802906790000023
具体步骤如下：
(1)根据应变路径要求选择合适的试样形状，在线切割设备上采用慢走丝的方式加工所需要的试样，每种试样加工三个；
(2)将试样安装在Zwick/Roell拉伸试验机的夹持装置上，保证试样的受力方向与实验机的运动方向平行；
(3)以0.067mm/s的恒定速度进行拉伸实验至试样断裂，保证材料处于准静态变形，每组试验重复三次；
(4)利用线切割将拉断后的三个试样均加工成可在体式显微镜下观察的小试样，在体式显微镜下观察断面的宏观形貌并采集断面图像，标注比例尺；
(5)将采集到的图片在绘图软件中打开，利用标尺工具测量图片中比例尺的像素大小，计算得到1mm2面积所对应的像素大小；
(6)利用绘图软件测量试样横截面的像素大小，并根据步骤(5)中1mm2面积所对应的像素大小计算得到套索的面积；
(7)根据体积不变原理，A0×L0＝A×L，可转化为
Figure BDA0003802906790000031
其中A0和L0分别为开裂位置附近试样初始的横截面积和长度，A和L为断裂后断面的横截面积和长度；
(8)根据真实应变与工程应变的转换关系，ε＝ln(1+e)，
Figure BDA0003802906790000032
Figure BDA0003802906790000033
其中ε为真实应变，e为工程应变，因此材料断裂时刻的真实应变
Figure BDA0003802906790000034
(9)根据上述方法得到了三个该应变路径下材料的真实断裂应变，三个数据的平均值为该材料的真实断裂应变量。
本发明的有益效果是：基于体积不变原理推到出计算高强钢真实断裂应变的公式，实现了在拉伸试验机上完成高强钢真实断裂应变的测试，解决了目前无法精准测量高强钢真实断裂应变的难题，测量精度高，操作简单。
附图说明
图1是本发明实施例1的单轴拉伸试样图；
图2是本发明实施例1的单轴拉伸试样断面图；
图3是本发明实施例1的单轴拉伸试样断裂横截面积测试图；
图4是本发明实施例2的平面应变拉伸试样图；
图5是本发明实施例2的平面应变试样断面图；
图6是本发明实施例2的平面应变试样断裂横截面积测试图。
具体实施方式
为了使发明实施案例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施案例中的附图，对本发明实施案例中的技术方案进行清晰的、完整的描述，显然，所表述的实施案例是本发明一小部分实施案例，而不是全部的实施案例，基于本发明中的实施案例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施案例，都属于本发明保护范围。
实施例1
材质为DP980-1.2mm单轴拉伸应变路径下真实断裂应变的计算方法；
具有试验步骤为：
(1)在线切割设备上采用慢走丝方式加工DP980-1.2mm的单轴拉伸试样，标距为50mm，共加工3个试样，如图1所示；
(2)将单轴拉伸试样安装在Zwick/Roell拉伸试验机的特定夹具上，调整试样的加持方向，保证试样的受力方向与实验机的运动方向平行；
(3)以0.067mm/s的速度进行单向拉伸实验至试样断裂，在试验过程中保证材料处于准静态变形状态，该实验重复三次；
(4)利用线切割将拉断后的三个试样均加工成可在体式显微镜下观察的小试样，在体式显微镜下观察断面的宏观形貌并采集断面图像和标注比例尺，如图2所示；
(5)在绘图软件中打开断面图像，测量1mm长度所代表像素大小为220，因此计算出1mm2面积内的像素为220×220＝48400，；
(6)利用绘图软件测得试样断面内的像素为209687，计算出断面的面积A为209687÷48400＝4.33mm2，如图3所示；
(7)试样初始的横截面积A0＝b×t＝12.5×1.2＝15mm2，其中b和t分别为初始试样的宽度和厚度；
(8)根据体积不变原理，A0×L0＝A×L，得到长度和横截面积呈反比例关系
Figure BDA0003802906790000051
其中A0和L0分别为开裂位置附近试样初始的横截面积和长度，A和L为断裂后断面的横截面积和长度；
(9)根据真实应变与工程应变的关系，ε＝ln(1+e)，
Figure BDA0003802906790000052
Figure BDA0003802906790000053
其中ε为真实应变，e为工程应变，推到出材料断裂时刻的真实应变
Figure BDA0003802906790000054
(10)根据上述方法得到了三组单轴拉伸应变路径下的真实断裂应变分别为1.24、1.18、1.20，三组数据取平均值为1.21，因此单轴拉伸应变路径下材料DP980-1.2mm的真实断裂应变为1.21。
实施例2
材质为DP780-1.0mm平面应变路径下真实断裂应变得计算方法；
该试验步骤为：
(1)在线切割设备上采用慢走丝方式加工DP780-1.0mm的平面应变路径试样，共加工3个试样，如图4所示；
(2)将试样安装在Zwick/Roell拉伸试验机的夹具上，调整试样加持方向，保证试样的受力方向与实验机的运动方向平行；
(3)以0.067mm/s的速度进行拉伸实验至试样断裂，在试验过程中保证材料处于准静态变形状态，该实验重复三次；
(4)利用线切割将拉断后的三个试样均加工成可在体式显微镜下观察的小试样，在体式显微镜下观察断面的宏观形貌并采集断面图像和标注比例尺，如图5所示；
(5)在绘图软件中打开断面图像，利用测量1mm长度所代表像素大小为271.9，因此计算出1mm2面积内的像素为271.9×271.9＝73929.61；
(6)利用绘图软件测得断面横截面积的像素为373344，因此计算出断面面积A为373344÷73929.61＝5.05mm2，如图6所示；
(7)试样初始的横截面积A0＝b×t＝8×1.0＝8.0mm2，其中b和t分别为初始试样的宽度和厚度；
(8)根据体积不变原理，A0×L0＝A×L，得到长度和横截面积呈反比例关系
Figure BDA0003802906790000061
其中A0和L0分别为开裂位置附近试样初始的横截面积和长度，A和L为断裂后断面的横截面积和长度；
(9)根据真实应变与工程应变的关系，ε＝ln(1+e)，
Figure BDA0003802906790000062
Figure BDA0003802906790000063
其中ε为真实应变，e为工程应变，推到出材料断裂时刻的真应变
Figure BDA0003802906790000064
(10)根据上述方法得到了三组平面应变路径下的真实断裂应变分别为0.45、0.43、0.39，三组数据的平均值为0.42，因此平面应变路径下DP780-1.0mm材料的真实断裂应变为0.42。

Claims (6)

1.一种高强钢真实断裂应变的测量方法，其特征在于包含以下步骤：根据应变路径要求确定试样的形状，在Zwick/Roell拉伸实验机上进行单向拉伸实验至试样断裂，在体式显微镜下观察试样断面宏观形貌并拍照，利用绘图软件测量试样断面的横截面积，再依据体积不变原理计算出材料断裂时的真应变。
2.根据权利要求1所述的一种高强钢真实断裂应变的测量方法，其特征在于：根据应变路径要求选择试样的形状，单轴拉伸应变路径选择标距为A50的拉伸试样，平面应变路径选择R5缺口拉伸试样。
3.根据权利要求1所述的一种高强钢真实断裂应变的测量方法，其特征在于：所述利用绘图软件测量试样断面的横截面积，具体操作为利用绘图软件测量断面横截面积的像素，并根据比例尺的长度和像素关系，推导出断面的横截面积。
4.根据权利要求1所述的一种高强钢真实断裂应变的测量方法，其特征在于：所述根据体积不变原理，A0×L0＝A×L，得到试样长度和横截面积呈反比例关系
Figure FDA0003802906780000011
其中A0和L0分别为开裂位置附近试样初始的横截面积和长度，A和L为断裂后断面的横截面积和长度。
5.根据权利要求1所述的一种高强钢真实断裂应变的测量方法，其特征在于：所述材料断裂时的真应变，利用真实应变与工程应变的关系ε＝ln(1+e)，
Figure FDA0003802906780000012
其中ε为真实应变，e为工程应变，因此材料断裂时的真应变
Figure FDA0003802906780000013
6.根据权利要求1所述的一种高强钢真实断裂应变的测量方法，其特征在于：具体步骤如下：
(1)根据应变路径要求选择合适的试样形状，在线切割设备上采用慢走丝的方式加工所需要的试样，每种试样加工三个；
(2)将试样安装在Zwick/Roell拉伸试验机的夹持装置上，保证试样的受力方向与实验机的运动方向平行；
(3)以0.067mm/s的恒定速度进行拉伸实验至试样断裂，保证材料处于准静态变形，每组试验重复三次；
(4)利用线切割将拉断后的三个试样均加工成可在体式显微镜下观察的小试样，在体式显微镜下观察断面的宏观形貌并采集断面图像，标注比例尺；
(5)将采集到的图片在绘图软件中打开，测量图片中比例尺的像素大小，计算得到1mm2面积所对应的像素大小；
(6)利用绘图软件测量断面横截面积的像素大小，并根据步骤(5)中1mm2面积所对应的像素大小计算得到断面的横截面积；
(7)根据体积不变原理，A0×L0＝A×L，可转化为
Figure FDA0003802906780000021
其中A0和L0分别为开裂位置附近试样初始的横截面积和长度，A和L为断裂后断面的横截面积和长度；
(8)根据真实应变与工程应变的转换关系，ε＝ln(1+e)，
Figure FDA0003802906780000022
Figure FDA0003802906780000023
其中ε为真实应变，e为工程应变，因此材料断裂时刻的真实应变
Figure FDA0003802906780000024
(9)根据上述方法得到了该应变路径下材料的真实断裂应变，三个数据的平均值为该材料的真实断裂应变量。
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