專利名稱：一種建立相變誘發(fā)塑性鋼板成形極限圖的實(shí)驗(yàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋼板成形極限圖的建立方法，特別涉及一種建立相變誘發(fā)塑性鋼板成形極限 圖的實(shí)驗(yàn)方法。
背景技術(shù)：
TRIP(Transformation Induced Plasticity)鋼又稱相變誘發(fā)塑性鋼，是近幾年發(fā)展起來的一種 高強(qiáng)度高塑性鋼。用作汽車鋼板可以減輕車重，降低油耗，同時(shí)有較強(qiáng)的能量吸收能力，能 夠抵御撞擊時(shí)的塑性變形，顯著提高汽車的安全等級，具有明顯的優(yōu)越性。板料成形是金屬 成形的一個(gè)重要組成部分，它在航空航天、汽車、輕工及家電等制造業(yè)中有著非常廣泛的應(yīng) 用。在采用板料成形方法進(jìn)行加工時(shí)，材料的破壞形式主要有兩種，即拉應(yīng)力為主導(dǎo)(縮頸 直至斷裂)時(shí)的拉伸失穩(wěn)和壓應(yīng)力為主導(dǎo)(起皺)時(shí)的壓縮失穩(wěn)。對于后者，可以通過采用 諸如加大壓邊力和增設(shè)拉延筋的方法來消除或減輕，但是這些措施卻使前一種破壞形式(拉 伸失穩(wěn))出現(xiàn)的危險(xiǎn)性增加。在板料成形過程中，人們迫切需要知道板料能夠承受的成形極 限及在成形過程中發(fā)生破壞的時(shí)間和位置，以便采取措施加以避免。板料成形中的基本實(shí)驗(yàn) 只能對板料的成形性能做出定性綜合的一般評價(jià)，模擬實(shí)驗(yàn)又只能對少數(shù)典型工序，在較為 單純的條件下進(jìn)行，故所得結(jié)果很難對復(fù)雜零件的成形性能做出確切的判斷，也不能很好地 處理生產(chǎn)中遇到的具體問題。而成形極限圖(forming limit diagram, FLD)的出現(xiàn)為人們研究板 料成形極限以及評價(jià)板料成形性能提供了基礎(chǔ)，是解決板料沖壓問題的一個(gè)有效的工具，能 成功預(yù)測板料失效，有效評價(jià)其成形性能。但現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)方法很難對TRIP鋼板能夠承受的成形 極限、在成形過程中發(fā)生破壞的位置和成形性能進(jìn)行判斷。 -

發(fā)明內(nèi)容
針對以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種建立相變誘發(fā)塑性鋼板成形極限圖的實(shí)驗(yàn)方法，通 過標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)裝置、制備不同尺寸試件和改變潤滑條件來建立相變誘發(fā)塑性鋼板成形極限圖的 實(shí)驗(yàn)方法，達(dá)到能成功預(yù)測相變誘發(fā)塑性鋼板料失效，有效評價(jià)其成形性能。
本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)方法按以下步驟進(jìn)行
1、 將相變誘發(fā)塑性鋼板制備成板料成形實(shí)驗(yàn)試樣。試樣分為寬條試樣和窄條試樣，寬條 試樣為矩形，窄條試樣的中部寬度小于兩端寬度成啞鈴形狀。
2、 用有機(jī)溶劑將試樣表面清洗干凈，采用電腐蝕法在試樣單面印制網(wǎng)格，網(wǎng)格形式為等 直徑的相切圓。 -
3、 采用半球形凸模脹形法，通過成形試驗(yàn)設(shè)備對試樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，將試樣放在凸模上，試樣和凸模之間放置潤滑物質(zhì)，然后將試樣和凸模放在成形試驗(yàn)設(shè)備的沖頭上，試樣的網(wǎng)格面 背向沖頭，利用成形試驗(yàn)設(shè)備產(chǎn)生的壓邊力壓緊試樣材料的邊部，試樣中部通過凸模作用力 產(chǎn)生脹形變形，其表面上的網(wǎng)格圓發(fā)生畸變，當(dāng)試樣的某個(gè)局部產(chǎn)生頸縮或者開裂時(shí)，停止實(shí)驗(yàn)。
上述潤滑物質(zhì)為聚乙烯薄膜、膠皮墊或潤滑油。
4、 采用攝像設(shè)備對臨界區(qū)域拍攝，獲得至少兩個(gè)二維影像圖，然后采用應(yīng)變測量系統(tǒng)將 二維影像圖處理成三維立體圖像。其中頸縮區(qū)或者緊靠開裂區(qū)的未破裂的網(wǎng)格圓為臨界網(wǎng)格 圓；具有臨界網(wǎng)格圓的區(qū)域?yàn)榕R界區(qū)域。
5、 測量三維立體圖像中臨界網(wǎng)格圓的長軸直徑和短軸直徑，然后根據(jù)以下公式計(jì)算工程 主應(yīng)變和工程次應(yīng)變
e產(chǎn)(dLdo)/dox100(0/0) (1) e2=(d2-dQ)/doxlOO(%) (2)
式中e,為工程主應(yīng)變，e2為工程次應(yīng)變，山為臨界網(wǎng)格圓長軸直徑，d2為臨界網(wǎng)格圓短 軸直徑，do為網(wǎng)格圓初始直徑。
以工程主應(yīng)變ei為縱坐標(biāo)，工程次應(yīng)變e2為橫坐標(biāo)，建立應(yīng)變坐標(biāo)系，將每個(gè)試樣的應(yīng) 變值合成在一個(gè)圖上，即建立了該相變誘發(fā)塑性鋼板的成形極限圖。
本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)方法通過采用標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，能夠?qū)Ω鞣N潤滑條件下相變誘發(fā)塑 性鋼板的成形極限、在成形過程中發(fā)生破壞的位置和成形性能進(jìn)行判斷。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例中的寬條試樣照片圖。 圖2為本發(fā)明實(shí)施例中的窄條試樣照片圖。
圖3為本發(fā)明實(shí)^例中的TRIP鋼板成形實(shí)驗(yàn)后的試樣各種尺寸試樣的系列變形照片圖。 圖4為本發(fā)明實(shí)施例中的TRIP鋼板成形實(shí)驗(yàn)后的試樣的裂紋形態(tài)圖。 圖5為本發(fā)明實(shí)施例1的TRIP鋼板的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及成形極限圖； 圖6為本發(fā)明實(shí)施例2的TRIP鋼板的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及成形極限圖及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；圖中A、破
裂區(qū)，B、臨界區(qū)，C、安全區(qū)，a、破裂數(shù)據(jù)，b、臨界數(shù)據(jù)，c，安全數(shù)據(jù)。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明實(shí)施例中材料成形極限圖(FLD)按國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T15825.8-1995《金屬薄板成形 性能與試驗(yàn)方法一成形極限圖(FLD)試驗(yàn)》進(jìn)行，采用的實(shí)驗(yàn)設(shè)備為BCS-30D型通用板料 成形性試驗(yàn)機(jī)，該設(shè)備主要參數(shù)為最大成形力為300KN，最大頂件力為1.5KN，壓邊力可 調(diào)范圍為8 200KN,凸模上升速度為0~300mm/min，總電功率為4KW，額定壓力為6.3MPa，增壓比為1 :4，外形尺寸為2200x650xl360mm，總重量為1000kg，測量成形力、壓邊力和 位移的精度分別為￡2%、《X和S0.02mm (20mm內(nèi))。
本發(fā)明實(shí)施例中采用的有機(jī)溶劑為工業(yè)酒精或丙酮。
本發(fā)明實(shí)施例中采用的攝像設(shè)備為Kodak DCS-420數(shù)碼相機(jī)。
本發(fā)明實(shí)施例中采用的應(yīng)變測量系統(tǒng)為ASAME自動(dòng)應(yīng)變測量系統(tǒng)。
本發(fā)明實(shí)施例中采用的聚乙烯薄膜和膠皮墊厚度為0.04mm。
本發(fā)明實(shí)施例中采用的電腐蝕法為將通過有機(jī)溶劑清洗后的試樣放在厚鋁板上作為電 極之一，在試樣上放置一張網(wǎng)格模板，模板用尼龍織物制成，在網(wǎng)格線條處能夠?qū)щ?，其?部分留有絕緣涂層。模板上覆蓋浸有電解液的毛氈，毛氈上再加上金屬板作為另一電極。通 過木板把試樣、模板、毛氈和金屬板壓貼接觸，通電幾秒鐘，試樣表面即被電蝕出網(wǎng)格圖案。 實(shí)施例1
首先制備相變誘發(fā)塑性鋼板，步驟為將低碳硅鋼冶煉成鋼錠，低碳低硅鋼冶煉成鋼錠，
其化學(xué)成分C0.180/。， Mnl.38%， Si0.67%， A10.56%， P0.0075%， S0.0048%， Nb0.014%，余 量為Fe。鋼錠經(jīng)1200'C保溫1.5~2hr后，鍛造成30mm厚的鍛坯方料。熱軋至3.5mm厚后再 冷軋至1.0mm厚。將冷軋鋼板在80(TC的氯化鈉中保溫5min，然后淬入溫度為400'C的硝酸 鉀中保溫5min，空冷至室溫，制備成低碳低硅TRIP鋼板。然后將鋼板制備成不同規(guī)格尺寸 的試樣，試樣照片如圖l所示，長度為180mm，寬條試樣寬度分別為180mm、160mm和120mm; 窄條試樣兩端的寬度分別為lOOmm、 80mm、 40mm和20mm，窄條試樣中部的寬度分別為 90mm、 70mm、 30mm和15mm，中部的寬度為兩端寬度的75~90%，能夠防止成形實(shí)驗(yàn)時(shí)試 樣在凹模和壓變?nèi)唤犹庨_裂。
用酒精將試樣表面清洗干凈，采用電腐蝕法在試樣單面印制網(wǎng)格，要求網(wǎng)格清晰；網(wǎng)格 為直徑2.5mm的相切圓。各試樣照片如圖1和2所示。
將各種試樣放入BCS-30D板材成形性試驗(yàn)機(jī)，分別采用聚乙烯薄膜、膠皮墊或黃油作為 潤滑物質(zhì)進(jìn)行脹形實(shí)驗(yàn)將試樣放在凸模上，試樣和凸模之間放置潤滑物質(zhì)，然后將試樣和 凸模放在成形試驗(yàn)設(shè)備的沖頭上，試樣的網(wǎng)格面背向沖頭，啟動(dòng)成形試驗(yàn)設(shè)備，利用成形試 驗(yàn)設(shè)備產(chǎn)生的壓邊力壓緊試樣材料的邊部，試樣中部通過凸模作用力產(chǎn)生脹形變形，其表面 上的網(wǎng)格圓發(fā)生畸變，當(dāng)某個(gè)局部產(chǎn)生頸縮或者開裂時(shí)，停止實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中采用不同的試樣 寬度和潤滑方式，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果盡可能覆蓋較大的變形范圍。變形后的試樣照片如圖3和圖4 所示，圖3為各種尺寸試樣的系列變形照片，圖4為裂紋形態(tài)圖。在拉-壓區(qū)，增加短軸應(yīng)變 可采用較窄的試樣，利用試樣拉脹時(shí)產(chǎn)生橫向收縮；在拉-拉區(qū)，增加短軸應(yīng)變是通過改善潤滑作用達(dá)到的。在試樣和凸模之間放入0.04mm聚乙烯薄膜或者膠皮墊。使用膠皮墊對增加 短軸應(yīng)變的效果最佳。
采用攝像設(shè)備對臨界區(qū)域拍攝，獲得至少兩個(gè)二維影像圖，然后采用應(yīng)變測量系統(tǒng)將二 維影像圖處理成三維立體圖像。選擇靠近裂紋區(qū)或者頸縮區(qū)的網(wǎng)格點(diǎn)作為臨界網(wǎng)格點(diǎn)，如圖 4所示。采用先進(jìn)的Kodak DCS-420數(shù)碼相機(jī)分別對每一個(gè)臨界區(qū)域拍攝2個(gè)或者更多的二 維影像圖。用ASAME自動(dòng)應(yīng)變測量系統(tǒng)將二維影像圖處理成三維立體影像圖，然后對三維 立體影像圖中變形的網(wǎng)格進(jìn)行測量分析，得到臨界區(qū)域網(wǎng)格點(diǎn)在板面內(nèi)的2個(gè)主應(yīng)變值，以 最大應(yīng)變(工程主應(yīng)變)為縱坐標(biāo)，最小應(yīng)變(工程次應(yīng)變)為橫坐標(biāo)，建立應(yīng)變坐標(biāo)系。 將每個(gè)試樣的應(yīng)變值合成在1個(gè)圖上，建立該TRIP鋼板的成形極限圖。如圖5所示。
根據(jù)圖4所示的成形后180xl80mm試樣的箭頭所示，選取具有代表性網(wǎng)格圓進(jìn)行測量，選 取的網(wǎng)格圓有破裂網(wǎng)格圓、臨界網(wǎng)格圓和緊靠臨界網(wǎng)格圓的安全網(wǎng)格圓，分別將此3種數(shù)據(jù)繪 制在同一圖中。從圖5可以看出，低碳低硅TRIP鋼板的平面應(yīng)變狀態(tài)下的極限應(yīng)變的FLDo值 為0.59，表現(xiàn)出良好的成形性能。成形圖分為3個(gè)區(qū)域，在成形極限上曲線以上的區(qū)域?yàn)槠屏?區(qū)；在成形極限下曲線以下的區(qū)域?yàn)榘踩珔^(qū)；而成形極限上下曲線所包括的區(qū)域?yàn)榕R界區(qū)， TRIP鋼在此區(qū)域發(fā)生頸縮。因此，在TRIP鋼板的成形工藝和模具設(shè)計(jì)時(shí)，通過本發(fā)明的成形 極限圖的建立，將對整個(gè)成形過程中各個(gè)成形工序內(nèi)容進(jìn)行合理安排，既能協(xié)調(diào)各工序內(nèi)以 及各工序之間在整個(gè)成形過程中各部分材料的極限變形程度，避免材料被拉裂，又能保證變 形量小的區(qū)域材料不發(fā)生彈性畸變，成形后零件有足夠的剛度，同時(shí)還能防止坯料成形過程 中可能出現(xiàn)的回彈、表面損傷等成形問題。 實(shí)施例2
首先制備相變誘發(fā)塑性鋼板，步驟為低碳高錳鋼冶煉成鋼錠，其化學(xué)成分C600ppm, Mn23.8%, Si3.0%， A12.7%，佘量為Fe。鋼錠經(jīng)1150。C保溫1.5~2hr后，鍛造成30mm厚的 鍛坯方料。熱軋至5.0mm厚后再冷軋至l.Omm厚。將冷軋鋼板加熱到IIOO'C保溫15min，然 后水冷至室溫。制備成高錳TRIP鋼板。然后將鋼板制備成不同規(guī)格尺寸的試樣，方法同實(shí) 施例1。
建立TRIP鋼板的成形極限圖的方法同實(shí)施例1,其中試樣清洗采用的有機(jī)溶劑為丙酮， 該TRIP鋼板的成形極限圖如圖6所示。從圖6可以看出，高錳TRIP鋼板的平面應(yīng)變狀態(tài)下 的極限應(yīng)變的FLDo值為0.43，表現(xiàn)出良好的成形性能。成形圖分為3個(gè)區(qū)域，在成形極限上 曲線以上的區(qū)域?yàn)槠屏褏^(qū)；在成形極限下曲線以下的區(qū)域?yàn)榘踩珔^(qū)；而成形極限上下曲線所 包括的區(qū)域?yàn)榕R界區(qū)，TRIP鋼在此區(qū)域發(fā)生頸縮。 '
權(quán)利要求
1、一種建立相變誘發(fā)塑性鋼板成形極限圖的實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于按以下步驟進(jìn)行(1)將相變誘發(fā)塑性鋼板制備成試樣；(2)用有機(jī)溶劑將試樣表面清洗干凈，在試樣單面印制網(wǎng)格，網(wǎng)格形式為等直徑的相切圓；(3)通過成形試驗(yàn)設(shè)備對試樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，將試樣放在凸模上，試樣和凸模之間放置潤滑物質(zhì)，然后將試樣和凸模放在成形試驗(yàn)設(shè)備的沖頭上，試樣的網(wǎng)格面背向沖頭，利用成形試驗(yàn)設(shè)備產(chǎn)生的壓邊力壓緊試樣材料的邊部，試樣中部通過凸模作用力產(chǎn)生脹形變形，其表面上的網(wǎng)格圓發(fā)生畸變，當(dāng)試樣產(chǎn)生頸縮或者開裂時(shí)，停止實(shí)驗(yàn)；(4)采用攝像設(shè)備對臨界區(qū)域拍攝，獲得至少兩個(gè)二維影像圖，然后采用應(yīng)變測量系統(tǒng)將二維影像圖處理成三維立體圖像；其中頸縮區(qū)或者緊靠開裂區(qū)的未破裂的網(wǎng)格圓為臨界網(wǎng)格圓；具有臨界網(wǎng)格圓的區(qū)域?yàn)榕R界區(qū)域；(5)測量三維立體圖像中臨界網(wǎng)格圓的長軸直徑和短軸直徑，然后根據(jù)以下公式計(jì)算工程主應(yīng)變和工程次應(yīng)變e1＝(d1-d0)/d0×100(％)(1)e2＝(d2-d0)/d0×100(％)(2)式中e1為工程主應(yīng)變，e2為工程次應(yīng)變，d1為臨界網(wǎng)格圓長軸直徑，d2為臨界網(wǎng)格圓短軸直徑，d0為網(wǎng)格圓初始直徑；以工程主應(yīng)變e1為縱坐標(biāo)，工程次應(yīng)變e2為橫坐標(biāo)，建立應(yīng)變坐標(biāo)系，將每個(gè)試樣的應(yīng)變值合成在圖上，建立該相變誘發(fā)塑性鋼板的成形極限圖。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種建立相變誘發(fā)塑性鋼板成形極限圖的實(shí)驗(yàn)方法，其特征 在于所述的潤滑物質(zhì)為聚乙烯薄膜、膠皮墊或潤滑油。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種建立相變誘發(fā)塑性鋼板成形極限圖的實(shí)驗(yàn)方法，其特征 在于所述的有機(jī)溶劑為工業(yè)酒精或丙酮。
全文摘要
一種建立相變誘發(fā)塑性鋼板成形極限圖的實(shí)驗(yàn)方法，涉及成形極限圖的建立方法，按以下步驟進(jìn)行(1)將TRIP鋼板制備成板料成形實(shí)驗(yàn)試樣；(2)將試樣清洗，印制網(wǎng)格；(3)啟動(dòng)成形試驗(yàn)設(shè)備對試樣進(jìn)行沖壓至產(chǎn)生頸縮或者開裂時(shí)，停止實(shí)驗(yàn)；(4)對臨界區(qū)域拍攝；(5)測量臨界網(wǎng)格圓的長軸直徑和短軸直徑，計(jì)算工程主應(yīng)變和工程次應(yīng)變，建立應(yīng)變坐標(biāo)系，建立該TRIP鋼板的成形極限圖。本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)方法采用標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)裝置，能夠?qū)RIP鋼板的成形極限、在成形過程中發(fā)生破壞的位置和成形性能進(jìn)行判斷。
文檔編號G01N33/20GK101598720SQ20091001225
公開日2009年12月9日 申請日期2009年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月26日
發(fā)明者樺 丁, 唐正友 申請人:東北大學(xué)