本發(fā)明涉及塑性加工領(lǐng)域，特別是涉及一種工業(yè)模具、確定金屬流變失穩(wěn)條件的試驗(yàn)裝置及方法。

背景技術(shù)：

金屬材料熱態(tài)變形過(guò)程從熱力學(xué)意義上講是一個(gè)遠(yuǎn)離平衡的非線(xiàn)性、不可逆的熱力學(xué)過(guò)程。利用金屬材料熱態(tài)變形過(guò)程中發(fā)生的晶粒破碎和球化，動(dòng)態(tài)回復(fù)和再結(jié)晶，相變和超塑性等一些列穩(wěn)態(tài)的物理冶金過(guò)程，可實(shí)現(xiàn)金屬材料及構(gòu)件的組織和性能的精確控制。局部流動(dòng)或局部塑性失穩(wěn)是鍛造過(guò)程中的基本現(xiàn)象之一。而金屬材料熱態(tài)變形過(guò)程中的流變失穩(wěn)現(xiàn)象(主要包括絕熱剪切帶、局部塑性流動(dòng)和開(kāi)裂等)則被視為塑性加工過(guò)程中的常見(jiàn)缺陷。其中，材料局部塑性流動(dòng)會(huì)造成鍛件內(nèi)部的局部區(qū)域出現(xiàn)明顯的變化，對(duì)最終鍛件的組織性能產(chǎn)生不利的影響；而當(dāng)局部變形劇烈時(shí)，鍛件內(nèi)部容易產(chǎn)生空洞，發(fā)展成細(xì)小的微裂紋，最終導(dǎo)致鍛件的開(kāi)裂。因此，準(zhǔn)確可靠地獲得金屬塑性變形過(guò)程中材料局部流動(dòng)或局部失穩(wěn)以及絕熱剪切的臨界條件，進(jìn)而獲得能夠有效避免此類(lèi)缺陷的工藝參數(shù)范圍，對(duì)材料塑性變形工藝設(shè)計(jì)和零部件的質(zhì)量評(píng)估都是十分重要的。

目前，通過(guò)gleeble系統(tǒng)的熱壓縮試驗(yàn)、常規(guī)拉伸試驗(yàn)和扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)、sphb試驗(yàn)系統(tǒng)等，可進(jìn)行金屬材料準(zhǔn)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)加載條件下的材料力學(xué)行為和失效研究，但部分實(shí)驗(yàn)中試驗(yàn)件在加載過(guò)程中，試驗(yàn)件兩邊容易翹起，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。其中，基于hopkinson桿的試驗(yàn)裝置是材料局部流動(dòng)和絕熱剪切行為研究中最常用的加載手段(中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)說(shuō)明書(shū)cn201120493448.3和中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)說(shuō)明書(shū)cn200810017503.4)。該類(lèi)裝置基于扭桿或壓桿研究在壓縮或剪切狀態(tài)下材料的絕熱剪切行為；或通過(guò)設(shè)計(jì)異形試樣，包括帽形試樣、斜圓柱樣、階梯圓柱樣、圓臺(tái)樣、啞鈴樣、缺口圓柱樣等，或改變加載方式，如雙剪、沖壓、切削實(shí)驗(yàn)裝置，從而減小試樣有效變形區(qū)長(zhǎng)度來(lái)實(shí)現(xiàn)樣品局域的高應(yīng)變率剪切加載。目前，sphb壓桿試驗(yàn)技術(shù)已發(fā)展為獲得10²～10⁴s^-1應(yīng)變率范圍內(nèi)材料應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的主要試驗(yàn)手段。然而，一方面，以上實(shí)驗(yàn)裝置屬于通用試驗(yàn)裝置，一般對(duì)試樣尺寸有特殊要求，且采用的試樣尺寸與實(shí)際工況有較大差別，其試驗(yàn)結(jié)果需要進(jìn)一步在實(shí)際工況中進(jìn)行驗(yàn)證；另一方面，金屬材料在塑性加工過(guò)程中塑性流變失穩(wěn)往往發(fā)生于復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)條件下，常規(guī)的熱壓縮試驗(yàn)、拉伸試驗(yàn)、扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)只能獲得簡(jiǎn)單應(yīng)力狀態(tài)(比如單向拉伸或壓縮，單剪切應(yīng)力狀態(tài))，sphb試驗(yàn)結(jié)果也只涉及在特定假設(shè)條件下的單向壓應(yīng)力狀態(tài)分析結(jié)果?？梢?jiàn)，現(xiàn)有的相關(guān)技術(shù)并不能夠滿(mǎn)足確定實(shí)際工況中金屬材料塑性流變失穩(wěn)條件的需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種工業(yè)模具、確定金屬流變失穩(wěn)條件的試驗(yàn)裝置及方法，能夠確定實(shí)際工況條件下金屬塑性變形過(guò)程流變失穩(wěn)現(xiàn)象的臨界工藝條件，能夠通過(guò)一次試驗(yàn)獲得多個(gè)變形程度的剪切變形，提高試驗(yàn)效率和材料利用率。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

一種確定金屬流變失穩(wěn)條件的試驗(yàn)裝置，所述試驗(yàn)裝置包括壓力加載設(shè)備、壓頭和工業(yè)模具，所述工業(yè)模具包括上模具和下模具，所述上模具上設(shè)置有多個(gè)上模具凸臺(tái)和多個(gè)上模具凹槽，所述上模具凸臺(tái)與所述上模具凹槽間隔設(shè)置，所述上模具凸臺(tái)的高度可調(diào)；所述下模具上設(shè)置有多個(gè)下模具凸臺(tái)和多個(gè)下模具凹槽，所述下模具凸臺(tái)與所述下模具凹槽間隔設(shè)置；所述上模具凸臺(tái)與所述下模具凹槽相互耦合，所述上模具凹槽與所述下模具凸臺(tái)相互耦合；所述壓頭與所述壓力加載設(shè)備相連接，工作時(shí)，所述壓頭壓在所述上模具上，所述上模具、下模具和壓頭的中心軸線(xiàn)位于同一直線(xiàn)上。

可選的，所有所述下模具凸臺(tái)的高度相同。

可選的，所述上模具凸臺(tái)、上模具凹槽、下模具凸臺(tái)和下模具凹槽的型面均為扇環(huán)形，所述上模具凸臺(tái)和上模具凹槽以所述上模具的中心為圓心呈圓環(huán)狀布置，所述下模具凸臺(tái)和下模具凹槽以所述下模具的中心為圓心呈圓環(huán)狀布置。

可選的，所述下模具的中心處設(shè)置有定位凸臺(tái)，所述定位凸臺(tái)與每一個(gè)所述下模具凸臺(tái)朝向所述下模具中心的一面固定連接。

可選的，所述定位凸臺(tái)為徑向定位凸臺(tái)，所述徑向定位凸臺(tái)為圓柱狀，其高度為3-5mm。

可選的，所述裝置還包括模座，所述下模具安裝于所述模座中，所述上模具、下模具、壓頭和模座的中心軸線(xiàn)位于同一直線(xiàn)上。

可選的，所述上模具和所述模座、所述下模具與所述模座均為間隙配合。

可選的，所述模座的壁上設(shè)置有觀(guān)察槽，所述觀(guān)察槽用于觀(guān)察金屬試驗(yàn)件的形變情況。

本發(fā)明還提供了一種確定金屬流變失穩(wěn)條件的方法，所述方法應(yīng)用于確定金屬流變失穩(wěn)條件的試驗(yàn)裝置中，所述試驗(yàn)裝置包括壓力加載設(shè)備、壓頭、模座和工業(yè)模具，所述工業(yè)模具包括上模具和下模具，所述上模具上設(shè)置有多個(gè)上模具凸臺(tái)和多個(gè)上模具凹槽，所述上模具凸臺(tái)與所述上模具凹槽間隔設(shè)置，所述上模具凸臺(tái)的高度可調(diào)；所述下模具上設(shè)置有多個(gè)下模具凸臺(tái)和多個(gè)下模具凹槽，所述下模具凸臺(tái)與所述下模具凹槽間隔設(shè)置；所述上模具凸臺(tái)與所述下模具凹槽相互耦合，所述上模具凹槽與所述下模具凸臺(tái)相互耦合；所述壓頭與所述壓力加載設(shè)備相連接，所述下模具安裝于所述模座中，所述上模具、下模具、壓頭和模座的中心軸線(xiàn)位于同一直線(xiàn)上；

所述方法包括：

調(diào)節(jié)各上模具凸臺(tái)的高度，使相鄰的所述上模具凸臺(tái)具有高度差，相對(duì)的所述上模具凸臺(tái)高度相同；

將金屬試驗(yàn)件在加熱爐內(nèi)加熱到鍛造溫度；

將上模具和下模具置于加熱爐內(nèi)進(jìn)行預(yù)熱；

將預(yù)熱后的所述下模具置于模座中，并用銷(xiāo)釘將所述下模具和所述模座進(jìn)行連接；

將加熱后的所述金屬試驗(yàn)件放置在所述下模具上；

將加熱后的所述上模具置于所述金屬試驗(yàn)件上，并用銷(xiāo)釘將所述上模具與所述下模具、所述模座分別進(jìn)行連接和定位；

啟動(dòng)壓力加載裝置進(jìn)行加載，通過(guò)壓頭對(duì)試驗(yàn)件進(jìn)行壓縮，觀(guān)察所述金屬試驗(yàn)件的變形情況；

如果所述金屬試驗(yàn)件未出現(xiàn)裂紋，則將所述金屬試驗(yàn)件翻轉(zhuǎn)，再次進(jìn)行壓縮，直至所述金屬試驗(yàn)件出現(xiàn)裂紋；

對(duì)壓縮后所述金屬試驗(yàn)件的剪切變形區(qū)進(jìn)行高低倍微觀(guān)組織觀(guān)察，判斷所述金屬試驗(yàn)件材料的塑性流變失穩(wěn)情況及組織特征；

對(duì)所述金屬試驗(yàn)件的壓縮變形過(guò)程進(jìn)行數(shù)值仿真，分析剪切變形區(qū)的力學(xué)狀態(tài)，結(jié)合所述金屬試驗(yàn)件材料的塑性流變失穩(wěn)情況及組織特征，確定所述金屬試驗(yàn)件材料塑性變形流變失穩(wěn)現(xiàn)象發(fā)生時(shí)的力學(xué)狀態(tài)及變形參數(shù)范圍。

可選的，所述上模具和下模具的欲加熱溫度小于等于所述金屬試驗(yàn)件的加熱溫度，且所述上模具和下模具的加熱溫度均小于等于900℃。

根據(jù)本發(fā)明提供的具體實(shí)施例，本發(fā)明公開(kāi)了以下技術(shù)效果：本發(fā)明通過(guò)設(shè)置具有多個(gè)凸臺(tái)和凹槽的上模具和下模具，且上模具的凸臺(tái)高度可調(diào)，使得在一次試驗(yàn)中，可以獲得試驗(yàn)件的多個(gè)變形程度的剪切變形，提高試驗(yàn)效率和材料利用率，此外，本申請(qǐng)?zhí)峁┑脑囼?yàn)裝置對(duì)試驗(yàn)件的尺寸大小沒(méi)有要求，能夠直接對(duì)實(shí)際工況中的試樣進(jìn)行試驗(yàn)，測(cè)量結(jié)果更加的準(zhǔn)確。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例確定金屬流變失穩(wěn)條件的試驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例上模具結(jié)構(gòu)圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例下模具結(jié)構(gòu)圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例確定金屬流變失穩(wěn)條件的方法流程圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明的目的是提供一種工業(yè)模具、確定金屬流變失穩(wěn)條件的試驗(yàn)裝置及方法，能夠確定實(shí)際工況條件下金屬塑性變形過(guò)程流變失穩(wěn)現(xiàn)象的臨界工藝條件，能夠通過(guò)一次試驗(yàn)獲得多個(gè)變形程度的剪切變形，提高試驗(yàn)效率和材料利用率。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例確定金屬流變失穩(wěn)條件的試驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，試驗(yàn)裝置包括壓力加載設(shè)備、壓頭3、模座4和工業(yè)模具，所述下模具2安裝于所述模座4中，所述壓頭3與所述壓力加載設(shè)備相連接，工作時(shí)，所述壓頭3壓在所述上模具上，壓頭3通過(guò)銷(xiāo)釘8、9與壓力加載設(shè)備進(jìn)行定位和連接，所述工業(yè)模具包括上模具1和下模具2，所述上模具1、下模具2、壓頭3和模座4的中心軸線(xiàn)位于同一直線(xiàn)上。所述上模具1與模座4、下模具2與所述模座4均為間隙配合。所述模座4通過(guò)所述小丁5、6與所述下模具2進(jìn)行定位和配合。所述模座4的壁上設(shè)置有觀(guān)察槽10，所述觀(guān)察槽10用于觀(guān)察金屬試驗(yàn)件7的形變情況。

所述壓力加載設(shè)備為通用的液壓機(jī)、機(jī)械壓力機(jī)或螺旋壓力機(jī)。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例上模具結(jié)構(gòu)圖，如圖2所示，所述上模具1的下端面上設(shè)置有多個(gè)上模具凸臺(tái)201和多個(gè)上模具凹槽202，所述上模具凸臺(tái)201與所述上模具凹槽202間隔設(shè)置，所述上模具凸臺(tái)201的高度可調(diào)；圖3為本發(fā)明實(shí)施例下模具結(jié)構(gòu)圖，如圖3所示，所述下模具上設(shè)置有多個(gè)下模具凸臺(tái)301和多個(gè)下模具凹槽302，所述下模具凸臺(tái)301與所述下模具凹槽302間隔設(shè)置；所述上模具凸臺(tái)201與所述下模具凹槽302相互耦合，所述上模具凹202與所述下模具凸臺(tái)301相互耦合。所有所述下模具凸臺(tái)301的高度相同。

作為本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例，所述上模具凸臺(tái)201、上模具凹槽202、下模具凸臺(tái)301和下模具凹槽302的型面可以為扇環(huán)形，所述上模具凸臺(tái)201和上模具凹槽202以所述上模具的中心為圓心呈圓環(huán)狀布置，所述下模具凸臺(tái)301和下模具凹槽302以所述下模具的中心為圓心呈圓環(huán)狀布置。而且，上模具和下模具的扇環(huán)形凸臺(tái)和扇環(huán)形凹槽的圓心角相等。

作為本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例，所述下模具的中心處設(shè)置有定位凸臺(tái)，所述定位凸臺(tái)與每一個(gè)所述下模具凸臺(tái)朝向所述下模具中心的一面固定連接。所述定位凸臺(tái)為徑向定位凸臺(tái)，所述徑向定位凸臺(tái)可以為圓柱狀，其高度為3-5mm。

位于扇環(huán)形凸臺(tái)與扇環(huán)形凹槽耦合區(qū)域?yàn)樽冃螀^(qū)，改變上模具扇環(huán)形凸臺(tái)的高度，使得試驗(yàn)件獲得不同變形程度的剪切變形區(qū)，且上模具扇環(huán)形凸臺(tái)高度越大，在此變形區(qū)內(nèi)試驗(yàn)件的變形越大，在扇環(huán)形凸臺(tái)兩側(cè)過(guò)渡區(qū)域，試驗(yàn)件的剪切變形也越劇烈；反之，上模具扇環(huán)形凸臺(tái)的高度越小，在此變形區(qū)內(nèi)試驗(yàn)件的變形越小，在凸臺(tái)兩側(cè)過(guò)渡區(qū)域試驗(yàn)件的剪切變形也越小。

觀(guān)察槽10的寬度為扇環(huán)形凸臺(tái)寬度的1-1.5倍，且觀(guān)察槽的中心軸線(xiàn)與上模具最高扇環(huán)形凸臺(tái)的邊緣重合。

本發(fā)明提供的確定金屬流變失穩(wěn)條件的試驗(yàn)裝置通過(guò)設(shè)置具有多個(gè)凸臺(tái)和凹槽的上模具和下模具，且上模具的凸臺(tái)高度可調(diào)，使得在一次試驗(yàn)中，可以獲得試驗(yàn)件的多個(gè)變形程度的剪切變形，提高試驗(yàn)效率和材料利用率，此外，本申請(qǐng)?zhí)峁┑脑囼?yàn)裝置對(duì)試驗(yàn)件的尺寸大小沒(méi)有特殊要求，能夠直接對(duì)實(shí)際工況中的試樣進(jìn)行試驗(yàn)，測(cè)量結(jié)果更加的準(zhǔn)確。

本發(fā)明還提供了一種確定金屬流變失穩(wěn)條件的方法，所述方法應(yīng)用于確定金屬流變失穩(wěn)條件的試驗(yàn)裝置中，所述試驗(yàn)裝置包括壓力加載設(shè)備、壓頭、模座和工業(yè)模具，所述工業(yè)模具包括上模具和下模具，所述上模具上設(shè)置有多個(gè)上模具凸臺(tái)和多個(gè)上模具凹槽，所述上模具凸臺(tái)與所述上模具凹槽間隔設(shè)置，所述上模具凸臺(tái)的高度可調(diào)；所述下模具上設(shè)置有多個(gè)下模具凸臺(tái)和多個(gè)下模具凹槽，所述下模具凸臺(tái)與所述下模具凹槽間隔設(shè)置；所述上模具凸臺(tái)與所述下模具凹槽相互耦合，所述上模具凹槽與所述下模具凸臺(tái)相互耦合；所述壓頭與所述壓力加載設(shè)備相連接，所述下模具安裝于所述模座中，所述上模具、下模具、壓頭和模座的中心軸線(xiàn)位于同一直線(xiàn)上。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例確定金屬流變失穩(wěn)條件的方法流程圖，如圖4所示，所述方法具體包括以下步驟：

步驟401：調(diào)節(jié)各上模具凸臺(tái)的高度，使相鄰的所述上模具凸臺(tái)具有高度差，相對(duì)的所述上模具凸臺(tái)高度相同；

步驟402：將金屬試驗(yàn)件在加熱爐內(nèi)加熱到鍛造溫度；

步驟403：將上模具和下模具置于加熱爐內(nèi)進(jìn)行預(yù)熱；

步驟404：將預(yù)熱后的所述下模具置于模座中，并用銷(xiāo)釘將所述下模具和所述模座進(jìn)行連接；

步驟405：將加熱后的所述金屬試驗(yàn)件放置在所述下模具上；

步驟406：將加熱后的所述上模具置于所述金屬試驗(yàn)件上，并用銷(xiāo)釘將所述上模具與所述下模具、所述模座分別進(jìn)行連接和定位；

步驟407：?jiǎn)?dòng)壓力加載裝置進(jìn)行加載，通過(guò)壓頭對(duì)試驗(yàn)件進(jìn)行壓縮，觀(guān)察所述金屬試驗(yàn)件的變形情況；

步驟408：如果所述金屬試驗(yàn)件未出現(xiàn)裂紋，則將所述金屬試驗(yàn)件翻轉(zhuǎn)，再次進(jìn)行壓縮，直至所述金屬試驗(yàn)件出現(xiàn)裂紋；

步驟409：對(duì)壓縮后所述金屬試驗(yàn)件的剪切變形區(qū)進(jìn)行高低倍微觀(guān)組織觀(guān)察，判斷所述金屬試驗(yàn)件材料的塑性流變失穩(wěn)情況及組織特征；

步驟410：對(duì)所述金屬試驗(yàn)件的壓縮變形過(guò)程進(jìn)行數(shù)值仿真，分析剪切變形區(qū)的力學(xué)狀態(tài)，結(jié)合所述金屬試驗(yàn)件材料的塑性流變失穩(wěn)情況及組織特征，確定所述金屬試驗(yàn)件材料塑性變形流變失穩(wěn)現(xiàn)象發(fā)生時(shí)的力學(xué)狀態(tài)及變形參數(shù)范圍。

所述上模具和下模具的欲加熱溫度小于等于所述金屬試驗(yàn)件的加熱溫度，且所述上模具和下模具的加熱溫度均小于等于900℃。

作為本發(fā)明一個(gè)具體的實(shí)施例，上模具和下模具上的扇環(huán)形凸臺(tái)的端面為扇形型面，試驗(yàn)件置于下模具和上模具扇環(huán)形凸臺(tái)的扇形型面之間；上模具、下模具和試驗(yàn)件均置于模座中；在模座的環(huán)壁上設(shè)置有觀(guān)察槽以便觀(guān)察試驗(yàn)件的變形情況；模座通過(guò)銷(xiāo)釘與壓力加載設(shè)備進(jìn)行定位和連接；壓頭通過(guò)銷(xiāo)釘與壓力加載設(shè)備進(jìn)行定位和連接。

為使上模具、下模具、壓頭、模座及試驗(yàn)件的中心軸線(xiàn)位于同一直線(xiàn)上，上模具和下模具及模座對(duì)應(yīng)位置設(shè)置有銷(xiāo)釘孔并利用銷(xiāo)釘5、6定位；壓頭與加載設(shè)備之間、上模具與壓頭之間也采用該方法定位和對(duì)中。

上模具與模座、下模具與模座均為間隙配合，考慮到本實(shí)施例采用的模具材質(zhì)，間隙取為2mm。

試驗(yàn)件為環(huán)形試樣可有效避免其壓縮過(guò)程中發(fā)生翹曲，本實(shí)施例中試驗(yàn)件材質(zhì)為gh4169合金，來(lái)源于撫鋼生產(chǎn)的φ250棒材，爐號(hào)為09242200261，冶煉方法為真空感應(yīng)加真空自耗，試驗(yàn)環(huán)件尺寸為φ100×φ60×20mm，成形工藝為：下料-鐓粗-沖孔-機(jī)加。

下模具中心部位定位凸臺(tái)高度3～5mm，定位凸臺(tái)外徑等于試驗(yàn)件的內(nèi)徑，用來(lái)徑向定位試驗(yàn)件。

本實(shí)施例中，下模具定位凸臺(tái)高度為3mm，定位凸臺(tái)外徑等于60mm。

上模具和下模具設(shè)置有上下對(duì)應(yīng)的若干扇環(huán)形型面；試驗(yàn)件變形時(shí)在與上模具和下模具的扇環(huán)形凸臺(tái)到扇環(huán)形凹槽的過(guò)渡區(qū)域產(chǎn)生剪切變形，用于觀(guān)察實(shí)驗(yàn)材料的塑性流變失穩(wěn)現(xiàn)象。

本實(shí)施例中，上模具和下模具設(shè)置有上下對(duì)應(yīng)的4組扇環(huán)形型面，可于試驗(yàn)件上獲得兩組即八個(gè)變形程度不同的剪切變形區(qū)。也可以設(shè)置為更多對(duì)扇形環(huán)面。

下模具的扇環(huán)形凸臺(tái)的扇形型面位于同一水平面。

本實(shí)施例中，上模具的扇環(huán)形凸臺(tái)的扇環(huán)形型面中，互為中心對(duì)稱(chēng)的兩個(gè)扇環(huán)形的上模具凸臺(tái)的扇環(huán)形型面分別具有相同高度，并位于同一水平面，而相鄰的兩扇環(huán)形上模具凸臺(tái)的扇環(huán)形型面存在高度差2mm，扇環(huán)形上模具凸臺(tái)高度越大，在此變形區(qū)內(nèi)試驗(yàn)件的變形越大，試驗(yàn)件在扇環(huán)形凸臺(tái)兩側(cè)過(guò)渡區(qū)域發(fā)生的剪切變形也越劇烈；反之，上模具凸臺(tái)高度越小，在此變形區(qū)內(nèi)試驗(yàn)件的變形越小，試驗(yàn)件在扇環(huán)形凸臺(tái)兩側(cè)過(guò)渡區(qū)域發(fā)生的剪切變形也越小。

模座上的觀(guān)察槽的寬度為模具扇環(huán)形凸臺(tái)的寬度的1～1.5倍，本實(shí)施例中為1.3倍；觀(guān)察槽的中心線(xiàn)位于試驗(yàn)件剪切變形最大的部位即上模具最高扇形凸臺(tái)的邊緣。

本實(shí)施例中，壓力加載設(shè)備為液壓機(jī)，型號(hào)為yl32—315四柱液壓機(jī)，最大載荷3150kn，工作時(shí)滑塊行程速度為10mm/s，上模具和下模具的材質(zhì)為k403；模座具的材質(zhì)為模具鋼。

本實(shí)施例在確定金屬流變失穩(wěn)條件時(shí)，先將試驗(yàn)件在加熱爐內(nèi)加熱到鍛造溫度；將上模具和下模具置于加熱爐內(nèi)進(jìn)行預(yù)熱。將涂好玻璃潤(rùn)滑劑的gh4169試驗(yàn)件放入電阻爐內(nèi)加熱，加熱過(guò)程為：加熱到900℃保溫40min，之后再繼續(xù)加熱到始鍛溫度990℃并保溫40min；模具預(yù)熱過(guò)程為：將上模具和下模具置于加熱爐內(nèi)加熱至900℃，保溫時(shí)間≥2小時(shí)。試驗(yàn)件保溫結(jié)束后，首先將下模具取出放入模座內(nèi)，隨后快速取出試驗(yàn)件及上模具置于下模具上，上模具和下模具與試驗(yàn)件之間的相對(duì)位置由左右兩端的銷(xiāo)釘進(jìn)行定位和對(duì)中。利用下模具的定位凸臺(tái)對(duì)試驗(yàn)件進(jìn)行徑向定位。試驗(yàn)選取兩個(gè)環(huán)形試驗(yàn)件進(jìn)行壓縮，其中1個(gè)，標(biāo)記為no.1只進(jìn)行一火壓縮，另外1個(gè)試驗(yàn)件，標(biāo)記為no.2進(jìn)行兩火翻面壓縮，no.1試驗(yàn)件壓縮時(shí)對(duì)應(yīng)模具最高凸臺(tái)部位高度方向最大壓下量為10mm，此剪切變形區(qū)域記為1-a區(qū)；由于模具相鄰?fù)古_(tái)存在2mm高度差，則no.1試驗(yàn)件壓下量較小部位的高度壓下量則為8mm，此剪切變形區(qū)域記為1-b區(qū)。類(lèi)似的，no.2試驗(yàn)件壓縮時(shí)對(duì)應(yīng)模具最高凸臺(tái)部位高度方向最大壓下量分別為：第一火10mm，第二火13mm，此剪切變形區(qū)域記為2-a區(qū)；壓下量較小部位的高度壓下量分別為第一火8mm，第二火10mm，此剪切變形區(qū)域記為2-b區(qū)。通過(guò)模座上預(yù)留的觀(guān)察槽觀(guān)察試驗(yàn)件的變形情況，若出現(xiàn)裂紋則停止壓縮；若第一次壓縮未觀(guān)察到裂紋，可對(duì)試驗(yàn)件重新加熱，翻面后重復(fù)進(jìn)行多火次的壓縮試驗(yàn)，使試驗(yàn)件獲得更大的累積變形，直到在剪切變形區(qū)域觀(guān)察到裂紋產(chǎn)生為止。

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看，no.1試驗(yàn)件在壓縮過(guò)程中未出現(xiàn)裂紋，no.2實(shí)驗(yàn)件在第二火壓縮過(guò)程中出現(xiàn)了裂紋，壓縮試驗(yàn)結(jié)束。

對(duì)壓縮后試驗(yàn)件no.1和no.2的剪切變形區(qū)進(jìn)行高低倍微觀(guān)組織觀(guān)察，可以看出，在本實(shí)施例給出的試驗(yàn)條件下，試驗(yàn)件no.1發(fā)生了塑性失穩(wěn)，塑性失穩(wěn)部分的組織為細(xì)小等軸晶粒且平均尺寸為2μm。no.2的剪切變形區(qū)2-a出現(xiàn)了裂紋。

對(duì)試驗(yàn)件no.1和no.2壓縮變形過(guò)程進(jìn)行數(shù)值仿真，分析各剪切變形區(qū)的力學(xué)狀態(tài)，結(jié)合上述組織分析結(jié)果，確定試驗(yàn)材料塑性變形流變失穩(wěn)現(xiàn)象發(fā)生時(shí)的力學(xué)狀態(tài)及對(duì)應(yīng)的變形參數(shù)范圍。

采用deform3d軟件進(jìn)行試驗(yàn)件壓縮變形過(guò)程進(jìn)行數(shù)值仿真，建立有限元模型及主要邊界條件列于附表1。

附表1

采用本實(shí)施例的數(shù)值仿真和微觀(guān)組織觀(guān)察結(jié)果，確定了normalizedcockcroft&latham斷裂準(zhǔn)則(式(1))(以下簡(jiǎn)稱(chēng)為正則化c&l準(zhǔn)則)的斷裂閾值：

其中εr為發(fā)生斷裂時(shí)應(yīng)變；εep等效應(yīng)變；σ主應(yīng)力；cc斷裂韌性閾值，一般通過(guò)物理實(shí)驗(yàn)和數(shù)值計(jì)算確定。

本實(shí)施例中εr＝1.84，σeq＝260mpa，ω＝148mpa，最終確定的斷裂閾值cc為1.05。

本發(fā)明提供的確定金屬流變失穩(wěn)條件的試驗(yàn)裝置及方法通過(guò)設(shè)置具有多個(gè)凸臺(tái)和凹槽的上模具和下模具，且上模具的凸臺(tái)高度可調(diào)，使得在一次試驗(yàn)中，可以獲得試驗(yàn)件的多個(gè)變形程度的剪切變形，提高試驗(yàn)效率和材料利用率，此外，本申請(qǐng)?zhí)峁┑脑囼?yàn)裝置對(duì)試驗(yàn)件的尺寸大小沒(méi)有要求，能夠直接對(duì)實(shí)際工況中的試樣進(jìn)行試驗(yàn)，測(cè)量結(jié)果更加的準(zhǔn)確。

本說(shuō)明書(shū)中各個(gè)實(shí)施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說(shuō)明的都是與其他實(shí)施例的不同之處，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似部分互相參見(jiàn)即可。

本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說(shuō)明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實(shí)施方式及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處。綜上所述，本說(shuō)明書(shū)內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。