[科普中國]-單向拉伸

簡介

德國亞琛工業(yè)大學(xué)的金屬成型研究所于20世紀(jì)末開始對(duì)軋制差厚板（tailor rolled blank，TRB）進(jìn)行研究。作為生產(chǎn)差厚板的核心技術(shù)，柔性軋制技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)軋輥間隙的實(shí)時(shí)調(diào)整，進(jìn)而沿軋制方向軋制出預(yù)先定制的變截面形狀。設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)后續(xù)成形工序中鋼板各個(gè)部位的實(shí)際受力以及整個(gè)車身的承載情況，選擇優(yōu)化的板料形狀，極大地提高了設(shè)計(jì)靈活性并減輕了車重。由于差厚板幾何、材料的非均一性，其各部分的材料性能不盡相同，需要采用單向拉伸試驗(yàn)來評(píng)估差厚板的基本力學(xué)性能和成形性能。

李艷華等討論了st16差厚板厚度比及過渡區(qū)長度對(duì)其延伸率和過渡區(qū)中心移動(dòng)量的影響．包向軍通過單向拉伸試驗(yàn)研究了固溶處理前后X5CrNi1810奧氏體不銹鋼差厚板的各向異性系數(shù)以及彈性模量．基于金屬塑性變形理論推導(dǎo)軋制差厚板單向拉伸的力學(xué)解析模型。

在對(duì)1．2mm和2．0mm的等厚板進(jìn)行單向拉伸試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，將有限單元法的思想運(yùn)用于過渡區(qū)的處理，并通過插值的方法來獲取軋制差厚板過渡區(qū)的力學(xué)性能參數(shù)．對(duì)退火前后的1．2/2．0mm軋制差厚板進(jìn)行單向拉伸仿真及試驗(yàn)，并從微觀金相組織上對(duì)拉伸結(jié)果進(jìn)行解釋1。

單向拉伸試驗(yàn)1 試驗(yàn)準(zhǔn)備

所用材料牌號(hào)為SPHC，其化學(xué)成分：C，0．083%；Si，0．041%；Mn，0．316%；S，0．012%；P，0．017%．在變厚度的SPHC板上沿軋制方向切取1．2/2．0mm差厚板、1．2mm薄板及2．0mm厚板的拉伸試樣，并將其中部分試樣進(jìn)行退火，試驗(yàn)采用WDW－3100型微機(jī)控制電子式萬能試驗(yàn)機(jī)測試板料的力學(xué)性能。

2 單向拉伸試驗(yàn)結(jié)果

通過單向拉伸試驗(yàn)得到的未退火和已退火等厚板的性能參數(shù)。退火后薄板和厚板的屈服強(qiáng)度以及抗拉強(qiáng)度均減小，而彈性模量、硬化指數(shù)、厚向異性系數(shù)均有所增大，這對(duì)于獲得良好的沖壓性能是有利的。對(duì)于未退火和已退火的軋制差厚板拉伸試樣，薄側(cè)的應(yīng)變均大于厚側(cè)，變形將會(huì)集中于薄側(cè)進(jìn)行，這將導(dǎo)致薄側(cè)更早發(fā)生破裂。退火后的板料與退火前相比延伸率有了一定的提高，縮頸失效均是發(fā)生在軋制差厚板的薄側(cè)。

3 單向拉伸試驗(yàn)結(jié)果的微觀解釋

沿軋制方向切取未退火和已退火的軋制差厚板金相試樣，依次經(jīng)過鑲嵌、粗磨、精磨、拋光，最后用4%硝酸酒精浸蝕。

對(duì)于未退火的軋制差厚板而言，1．2mm 薄側(cè)由于經(jīng)過軋制，塊狀鐵素體晶粒沿軋制方向被拉長，部分組織呈纖維狀，晶粒大小不均勻，因而軋制差厚板的強(qiáng)度增大、塑性降低。退火后軋制差厚板的薄、厚兩側(cè)基本上都是大小均勻的等軸晶粒和餅形晶粒，軋制差厚板的強(qiáng)度下降，塑性增強(qiáng)，有個(gè)別的大晶粒產(chǎn)生，說明晶粒已經(jīng)開始長大，晶粒的餅形度增大，這是獲得良好成形性能的必要條件2。

軋制差厚板單向拉伸仿真1 軋制差厚板厚度過渡區(qū)處理

對(duì)于軋制差厚板的厚度過渡區(qū)，可以將其離散為有限個(gè)相互結(jié)合的等厚板，然后再將等厚板組合起來進(jìn)行整個(gè)過渡區(qū)的求解計(jì)算。

2 仿真結(jié)果

未退火和已退火的1．2/2．0mm軋制差厚板單向拉伸試樣在不同拉伸階段時(shí)的等效應(yīng)變分布。未退火與已退火軋制差厚板單向拉伸試樣的變形均主要集中在薄側(cè)進(jìn)行，直至縮頸失效。在相同位移的情況下，經(jīng)過退火的試樣有更小的等效應(yīng)變值，因而能夠獲得更大的延伸率，與試驗(yàn)結(jié)果也是相吻合的。而且經(jīng)與試驗(yàn)相比較，仿真模擬的縮頸失效部位也是非常準(zhǔn)確的。

已退火軋制差厚板獲得了更大的延伸率，仿真計(jì)算出的位移－荷載曲線與試驗(yàn)實(shí)測曲線在縮頸出現(xiàn)之前均是非常吻合的。然而仿真發(fā)生縮頸的時(shí)間要遠(yuǎn)遠(yuǎn)晚于試驗(yàn)。原因在于試驗(yàn)過程中材料會(huì)在縮頸出現(xiàn)的部位很快發(fā)生斷裂，而仿真所用的應(yīng)力應(yīng)變曲線是通過對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的插值而得到的，縮頸后的應(yīng)力應(yīng)變曲線則是采用了外插值的方法獲得。

總結(jié)（1）解析模型能夠準(zhǔn)確地描述軋制差厚板單向拉伸過程中的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)。

（2）退火前后，軋制差厚板單向拉伸試樣的縮頸均發(fā)生在試樣薄側(cè)，并且經(jīng)過退火的軋制差厚板表現(xiàn)出更好的延展性以及成形性能。

（3）軋制差厚板單向拉伸結(jié)果能夠通過金相組織分析來進(jìn)行合理解釋，解析公式、仿真以及試驗(yàn)結(jié)果三者有著較好的一致性3。