冷轧薄板加工硬化指数及塑性应变比的测定及剖析[优质文档]

冷轧薄板加工硬化指数及塑性应变比的测定及剖析[优质文档] 冷轧薄板加工硬化指数及塑性应变比的测定及分析 黄微涛 向浪涛 张丽萍 (重钢股份公司钢研所) 摘 要:测定重钢生产的St14/SPCE的 n值、r值，对试验结果进行分析，研究n值、r值在整个应变区间的变化趋势。 关键词:深冲薄板 n值 r值 SPCE St14 Measurement and Analysis of Working-hardening Index and Plastic Strain Ratio for Deep Stamping Sheet Abstract: Measure the n and r of St14/SPCE produced by Chonggang Steel co.LTD, analysize the values, research the variation trend of n and r in the whole strain interval. Keywords: Deep stamping sheet, n, r, SPCE St14 前言 众多研究表明，断后宽度缩减率、冲压开裂率、极限深拉比、孔径伸长率是表征 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 深冲塑性的主要指标。同时薄板材的加工硬化指数(n值)、塑性应变比(r值)又与以上指标有着良好的对应关系:随着r值的增加，断后宽度缩减率也明显增加，而冲压开裂率明显降低;n、r值越大，汽车专用板材的深冲性能越好，极限深拉比越高;孔径伸长率伴随着r [1]值的增加而提高。 公司冷轧薄板厂在开发SPCE、St14深冲板初期，因缺少必要的检测手段未能开展n、r值的有关研究，常出现产品冲压性能不稳定，成型性能较差，并伴随出现冲压开裂的质量异议。为此，钢研所与薄板厂共同确定了在钢研所补充少量的检测手段，将n值、r值的测定工作开展起来，这为深冲薄板的n、r值的研究创造了必要条件。 1 试验原理 1.1 塑性应变比r值 对试样进行拉伸实验，测试制定塑性应变水平下长度和宽度变化，应变水平应超过屈服延伸阶段，并低于最大力时的塑性应变量。在单轴拉伸应力作用下，试样宽度方向真实塑性应变和厚度方向真实塑性应变的比为r值。即 r=/ (1),,ba b式中?(/)，为宽度方向真实塑性应变;=?(/)，为厚度方向真实塑性,b,aab0a0 应变。由于长度的变形量比厚度的变形量测量更容易、更精确，在塑性变形深长量不超过最大力对应的塑性伸长量范围内，由体积不变原理得到下式计算r值。Ag Lbbr=?(/)/?(/) (2)bb00 Lb式中为试样进行制定应变后的标距、为试样进行制定应变后的宽度、为试样原L0 [2]始标距、为试样原始宽度。 b0 1.2 应变硬化指数n值 试样在均匀塑性变形范围内以规定的恒定速率轴向拉伸变形。用整个均匀塑性变形范围的应力—应变曲线，或用均匀塑性变形范围的应力—应变曲线的一部分计算拉伸应变硬化指数n值。在单轴拉伸力作用下，真实应力与应变数学方程式中的真实应变指数可表示为 n,,k, (3) [3]式中，,为真实应力，,真实应变。 2 试验方法 试验材料确定为SPCE、St14钢种上，原料厂家为八钢和攀钢，产品厚度主要为1.0mm和0.8mm。 图1 应力—应变曲线 注:曲线1为长度方向应变，曲线2为宽度方向应变。 此外，为比较材料塑性应变的各项异性情况，需要测定与轧制方向成0?、45?、90?方向试样的r、n值。 采用单轴拉伸试样方法，利用横向、纵向引伸计对试样宽度、长度方向应变进行测量，并自动绘制材料的应力—应变曲线，如图1。在均匀塑性变形阶段下，根据引伸计采集到的试样达到规定应变下数据，利用n、r值计算公式，自动计算出不同应变下的n、r值，以评价材料的成型性能。 3 测定结果及分析 3.1 试样宽度精度的影响 由于采用引伸计进行测定，试样的宽度精度对测试结果影响明显，具体见表1，从表中数据可发现，当标距内试样宽度有差异时，r值差别较大，n值基本不变化。当试样宽度在0.2mm波动范围， 不同变形量下r值波动范围从0.214到0.899，说明试样宽度的波动对材料塑性应变比的测试结果影响明显，而对加工硬化指数n值基本无影响。 表1 试样宽度精度与n、r值的关系 试样方向 钢号 厚度/mm 宽度/mm r3% r5% r8% n15-20% 90? St14 0.8 12.8 2.259 2.221 2.801 0.232 90? St14 0.8 12.9 2.045 2.033 2.029 0.232 90? St14 0.8 13.0 2.172 1.978 1.902 0.235 波动范围 0.214 0.243 0.899 0.003 因此，在现有设备条件下，采用集中加工，提高剪切精度、减少磨床加工余量的方法，以减小宽度偏差，提高试样宽度精度。从对宽度的测试情况来看，宽度12.5mm试样，实际宽度控制在12.7-13.0mm。 3.2 试样厚度的影响 取相同方向，以0?方向为例，不同厚度的SPCE试样比较其r、n值的差异，见表2。从表中看出，同宽度下厚度从0.8mm增大到1.0mm，相同变形量下的n、r值均出现不同程度降低。 表2 厚度与n、r值的关系 试样厚度宽度钢号 r3% r5% r8% r10% r15% r20% n15-20% 方向 /mm /mm 0? SPCE 0.8 12.7 1.744 1.831 1.817 1.804 1.762 0.924 0.240 0? SPCE 0.8 12.7 1.631 1.780 1.831 1.827 1.768 0.957 0.257 0? SPCE 0.8 12.8 1.842 1.914 1.894 1.877 1.836 0.984 0.248 0? SPCE 0.8 12.8 1.769 1.828 1.810 1.787 1.717 0.938 0.245 平均值 1.781 1.841 1.845 1.830 1.774 0.960 0.250 0? SPCE 1.0 12.8 1.709 1.757 1.772 1.761 1.709 0.937 0.244 0? SPCE 1.0 12.8 1.722 1.760 1.808 1.805 1.709 0.936 0.232 0? SPCE 1.0 12.8 1.762 1.788 1.786 1.767 1.709 0.937 0.240 平均值 1.731 1.768 1.789 1.778 1.709 0.937 0.239 3.3 试样方向的影响 取相同厚度，不同方向St14试样比较其r、n值的差异，见表3。从表中看出:相同厚度、相同变形量下，r值在90?方向上高于0?方向， 45?方向最小;n值在90?、45?、0?方向基本相等。 表3 试样方向与n、r值的关系 试样厚度宽度钢号 r3% r5% r8% r10% r15% r20% n15-20% 方向 /mm /mm 0? St14 0.8 12.7 1.744 1.831 1.817 1.804 1.762 0.924 0.240 0? St14 0.8 12.8 1.942 1.914 1.894 1.877 1.836 0.984 0.248 0? St14 0.8 12.8 1.769 1.828 1.810 1.787 1.717 0.938 0.245 平均值 1.818 1.858 1.840 1.823 1.772 0.949 0.244 45? St14 0.8 12.8 1.125 1.257 1.547 1.588 1.352 0.921 0.241 45? St14 0.8 12.8 1.137 1.356 1.621 1.572 1.371 0.932 0.235 45? St14 0.8 12.8 1.203 1.377 1.588 1.593 1.324 0.905 0.238 平均值 1.155 1.330 1.583 1.584 1.349 0.919 0.238 90? St14 0.8 12.9 2.063 2.139 2.194 2.208 2.150 1.098 0.234 90? St14 0.8 12.9 1.933 1.945 1.965 1.975 1.969 1.034 0.232 90? St14 0.8 12.9 2.039 1.981 1.980 1.954 1.954 1.030 0.231 90? St14 0.8 12.9 1.946 1.968 1.977 1.989 1.972 1.036 0.232 平均值 1.997 2.008 2.029 2.032 2.011 1.050 0.232 3.4 变形量对r值的影响 取不同宽度、不同厚度、不同方向的试样，分别取变形量在3%、5%、8%、10%、15%、20%下进行了r值测试，得到的结果如表4、图2。 表4 变形量与r值的关系 组试样 厚度 宽度 钢号 r3% r5% r8% r10% r15% r20% 号 方向 /mm /mm A 90? St14 0.8 12.9 1.946 1.968 1.977 1.989 1.972 1.036 B 0? St14 1.0 12.8 1.709 1.757 1.772 1.761 1.709 0.937 C 0? St14 0.8 12.7 1.631 1.78 1.831 1.827 1.768 0.957 A2.2 B 2C 1.8 1.6 r值1.4 1.2 1 0.8 3%5%8%10%15%20% 变形量 图2 r值与变形量关系图 从图形走势来看，r值随着变形量增加，逐渐增大，当变形量为8%-10%的时候，r有最大值，此后r值开始减小，变形量为15%-20%时，r值急剧降低，当变形量为20%时，r值降低为最大值的50%左右。而通常的汽车专用板材r最大值在变形量15%-20%时出现，这说明我们生产的深冲薄板能够承受的最大变形量较小，一般在8%-10%附近。 4 结 论 (1)试样的宽度精度对试验测定结果影响较大，制取试样要尽量提高精度。 (2)检验的冷轧薄板r值随着变形量增加，逐渐增大，当变形量为8%-10%的时候，r有最大值，此后r值开始减小，变形量为15%-20%时，r值急剧降低，当变形量为20%时，r值降低为最大值的50%左右。 (3)冷轧薄板r值与试样取向有关 ，9O?时r值最大，45?时最小，0?时居中;n值在90?、45?、0?方向基本相等。 (4)随着冷轧薄板厚度的增加，相同变形量下的n、r值均出现不同程度降低。 参考文献 [1] 梁新邦.力学试验标准化发展趋势[J].理化检验一物理分册,2003,39(1):39-42. [2] GB/T 5027-1999，金属薄板和薄带塑性应变比(r值)试验方法[S].