[科普中國]-應(yīng)變硬化率

簡介

組織的塑性變形行為，以銅為模型材料，計(jì)算分析了晶粒尺度、應(yīng)變率以及溫度對亞微米、納米晶粒組織塑性變形行為的影響。結(jié)果表明:相比粗晶銅,亞微米晶銅表現(xiàn)出明顯的應(yīng)變率敏感性,并且應(yīng)變率敏感系數(shù)隨晶粒尺度及變形速率的減小而增大;同時(shí),增大變形速率或降低變形溫度都能提高材料的應(yīng)變硬化能力,延緩頸縮發(fā)生,進(jìn)而提高材料的延性.計(jì)算分析結(jié)果與實(shí)驗(yàn)報(bào)道吻合。

在實(shí)際工程中,人們發(fā)現(xiàn)固體材料在受力狀態(tài)下的變形與時(shí)間有關(guān).特別是,在短時(shí)強(qiáng)載荷的作用下材料的屈服極限明顯升高,應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系依賴于應(yīng)變率的歷史.但是,目前對應(yīng)變率硬化效應(yīng)的定量研究尚較少，應(yīng)變率對材料硬化效應(yīng)的影響.假設(shè)應(yīng)變率不僅使加載面作各向同性的均勻脹縮,而且還使它在偏應(yīng)力空間產(chǎn)生一個(gè)移動量,移動量的大小與塑性應(yīng)變率成正比,從而得到反映鮑氏效應(yīng)的動力加載條件1。

應(yīng)變硬化率指數(shù)應(yīng)變硬化指數(shù)n值 ：n值的物理含義是材料均勻變形的能力。n值大材料不易進(jìn)入分散失穩(wěn)，材料應(yīng)變強(qiáng)化的能力強(qiáng)（即把變形從大應(yīng)力處向小應(yīng)力處轉(zhuǎn)移的能力），n值隱含的物理意義是整個(gè)變形區(qū)域上應(yīng)變分布的均勻性。

低合金高強(qiáng)鋼屈服強(qiáng)度及應(yīng)變硬化率的影響通過力學(xué)性能測試和顯微組織觀察研究了應(yīng)變時(shí)效對雙相鋼和低合金高強(qiáng)鋼屈服強(qiáng)度及應(yīng)變硬化率的影響。結(jié)果表明:經(jīng)過2%預(yù)應(yīng)變之后,雙相鋼的屈服強(qiáng)度提高了106MPa,低合金高強(qiáng)鋼的屈服強(qiáng)度提高了28MPa;預(yù)應(yīng)變之后再經(jīng)歷烘烤,雙相鋼的屈服強(qiáng)度提高了149MPa,而低合金高強(qiáng)鋼的屈服強(qiáng)度只提高了66MPa;預(yù)應(yīng)變或烘烤硬化之后,兩種鋼的應(yīng)變硬化率均降低,但雙相鋼仍然具有很強(qiáng)的應(yīng)變硬化能力,其應(yīng)變硬化率接近于低合金高強(qiáng)鋼未預(yù)應(yīng)變條件下的;鐵素體馬氏體組織賦予了雙相鋼比低合金高強(qiáng)鋼更強(qiáng)的應(yīng)變硬化能力2。

應(yīng)變硬化率對屈曲約束支撐框架殘余變形影響采用概率地震需求分析(PSDA)方法,評估核心型鋼應(yīng)變硬化率對屈曲約束支撐框架(BRBFs)殘余側(cè)移的影響。結(jié)果表明,應(yīng)變硬化率變化僅為1%時(shí),框架低層和中間層的殘余側(cè)移顯著增加,BRBFs的恢復(fù)能力顯著減小。另一方面,最大側(cè)移與應(yīng)變硬化率近似相互獨(dú)立。震后出現(xiàn)較大永久側(cè)移會對結(jié)構(gòu)的性能帶來嚴(yán)重影響,因此,準(zhǔn)確的材料試驗(yàn)對結(jié)構(gòu)安全十分重要。

總結(jié)研究了不同類型材料應(yīng)變硬化的變化特征,結(jié)果表明:存在應(yīng)變誘發(fā)馬氏體轉(zhuǎn)變的亞穩(wěn)奧氏體不銹鋼、TRIP鋼平均硬化率最高,硬化指數(shù)隨應(yīng)變的增加呈拋物線型變化;變形后無相變但組織轉(zhuǎn)變?yōu)閷\晶結(jié)構(gòu)的奧氏體錳鋼硬化率次之,硬化指數(shù)n隨應(yīng)變量呈線性變化;組織無變化的穩(wěn)定態(tài)材料硬化率最低,n是常數(shù)3。