AZ31镁合金板单向拉伸应变硬化指数的试验测定.pdf

第2期(总第183期)
杺械工程与自动
2014年04月
MECHANICAL ENGINEERING
AUTOMATION
文章编号:1672-6413(2014)02-009-02
AZ31镁合金板单向拉伸应变硬化指数的试验测定
冯建友
(山西省机电设计研究院,山西大原030009)
摘要:在阐述拉伸应变硬化指数(n值)的物理意义和应用价值的基础上,推导了用线性回归法借助单向拉
伸变形试验记录的工程应力与工程应变数据计算n值的表达式,并对2种不同轧制成形的AZ31镁合金板材
的m值进行了试验测定计算。试验结果表明:交叉轧制的AZ31镁合金板材的n值在3个方向上相近,均在
22~0.24之间。
关键词:AZ31镁合金;拉伸应变硬化指数;测定
中图分类号:TG146.22:TG113.25
文献标识码:A
0引言
拉伸应变硬化指数η值的测试方法呈现多样化,
镁合金是目前工程应用密度最小的金属材料,它主要有差分平均法、两点分析法、解析拟合法和线性回
不仅具有高的比刚度和比强度,而且有着优良的散热归法等,但各种测试方法均有其局限性。其中线性回
性能、电磁屏蔽性能和减震性能山,以AZ31为代表的归法只需单向拉伸变形的实测工程应力与工程应变数
变形镁合金在航空航天业、汽车工业以及3C行业得据即可,简便快捷,它也是国标中推荐的算法。本文
到了越来越广泛的应用。冲压成形是将金属板材加采用人工测量法,运用线性回归法计算A231镁合金
工成机械零件的主要工艺,拉伸应变硬化指数(亦称n板的拉伸应变硬化指数n值。
值)是反映板材冲压成形性能的重要参数之一,因此,1线性回归法的计算原理
准确测定AZ31镁合金的拉伸应变硬化指数,对全面
金属材料试件在塑性变形过程中,体积保持不变,
掌握AZ31板材的冲压性能具有重要意义。
即Alo=Al,故有
拉伸应变硬化指数是一个评价金属板材拉伸类冲
压成形性能的重要材料参数的,它反映了材料真实应
力与真实应变的函数关系,反映了材料的应变强化能其中:A。为试件原始截面积;4为试件原始标距;A为
力,表征材料在塑性变形时的硬化强度。金属的n值试件塑性变形过程中瞬时截面积;4为试件塑性变形
越大,其硬化效应越明显,抗局部颈缩失稳的能力越过程中瞬时标距。
强,这样,变形就可以不断地扩展,使变形更均匀,成形
在塑性变形试验过程中,可测得试件的工程应力
极限越高。在大多数情况下,n值越大,板料的局部应
和工程应变∈:
变能力越强,失稳极限应变越大,应变分布越趋向均匀
化,板料的总体成形能力越高。当制件以拉伸变形为
主要成形方式时,材料的n值小,变形不均匀,变形部
(3)
位来不及迅速硬化而导致裂纹;而n值大说明材料的
拉伸失稳点来的较晚,不易出现局部的集中变形,可获其中:P为试件承受的载荷。而试件的真实应力s和
得较大的极限变形程度。当制件以压延变形为主要成
真实应变e的定义式为:
形方式时,材料的n值大,应变均匀化的能力就强,危
(4)
险断面承载能力就高。对深冲或薄板类零件都要求材
料的n值达到规定值之上,以便材料在加工过程中应
变能够均匀化,从而不会因为局部变形集中而报废。
将式(2)、式(3)代入式(4)、式(5),得到真实应力
对于理想弹性体,n=1;对于理想塑性体,n=0;对于
和真实应变与工程应力和工程应变的关系式:
大多数金属材料而言,n=0.
山西省科研院所技术开发试验室建设项目(2010)
收稿目期:2014-01-30修回日期:2014-02-20
作者简介:冯建友(1960-),男,山西汾阳人,高级讲师,本科。
100
机械工程与自动化
2014年第2期
S=oァ=(1+e)
拉强度稍低,断后伸长率相差不大。从记录数据来看
3个方向的屈服点分别为2.5%,1.6%,2%,最大力塑
In(1+
性延伸率分别为1.4%,11.9%,11.2%,可取均匀塑
AZ31镁合金板材同其他金属材料一样,在单向性变形范围3.0%~10.0%作为n值线性回归区间。
拉伸变形过程中,真实应力与真实塑性应变(近似取为
真实应变)的数学关系接近幂函数关系
?
其中:C为应变强化系数。对式(8)等号两边取自然对
R
数,得:
100
Y=nx+Inc
其中
Y=Ins=Inlo(1+E)1
(10
应变/%
X=lne=ln[ln(1+e)了.
图2AZ31带材3个方向的工程应カー工程应变曲线
可见,在双对数坐标XY平面上,lns与lne呈线
AZ31片材的单向拉伸工程应力一工程应变曲线
性关系,n为曲线式(9)的斜率值。借助单向拉伸变形如图3所示。从图3可以看出:3个方向试件的曲线
试验,可直接得到工程应力与工程应变的对应数据及均
单调连续上升,3个方向的屈服强度和抗拉强度接
其曲线图。在均匀塑性变形范围内,取m组(e1,0,),近,其中90°方向的抗拉强度和屈服强度稍高,断后伸
代人式(10)和式(1)中,得到的m组(X,Y)坐标点长率相差不大。从记录数据来看,3个方向的屈服点
在XY平面上呈直线型分布。根据最小二乗法原理,分别为3.6%,3.0%,3.0%,最大力塑性延伸率分别
构建出式(9)的拟合曲线方程式,其中一次项系数即为
为11.5%,12.9%,12.8%,可取均匀塑性变形范围
拉伸应变硬化指数。故拉伸应变硬化指数n的计算式
0%~11.0%作为n值线性回归区间。
可表示为
为便于比对分析,对于两种不同AZ31板材,选取
m>,, ->x>y,
相同回归区间4.0%~10.0%。从每个试件的试验记
(12
录数据中,按从小到大的顺序,依次在均匀塑性变形范
(〉)X
围内取7组工程应变与应力值,代入式(10)、式(11),
计算出7组真实应变与应力值,再代人式(12),得到
试验方法
个n值线性回归值,求3个同方向试件的线性回归值
试验材料选取2种退火态A2Z31镁合金板材,
的算术平均值,即为该种板材在该方向上的m值测定
种为连续轧制成形的带材,另一种为交叉轧制成形的值。重复上述方法5次,共得到表1中所列的6个n
片材,板材厚度均为2.0mm。按照GB/T228.1
值测定值。
2010的试验要求,试验试件为矩形横截面比例试件
350
(如图1所示),比例系数取优先值5.65。沿与板材轧
90
制方向成0°,45°,90°的方向上,避开薄板的料头和边
缘,用数控电火花线切割机床分别切取3个试件,用砂
R
纸打磨试件的切割断面,去毛刺使侧面光亮无痕。用
千分尺测量试件尺寸,标好标距。将试件安装在DNS
200电子万能试验机上,连接好变形引伸计,遵循GB
T5028-2008规定的试验参数设定和操作步骤,进行
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室温单向拉伸试验,环境温度为20℃~30℃。拉伸
应变
速率为1mm/min。试验采用变形量控制,即试件在
图3A231片材3个方向的工程应カー工程应变曲线
均匀塑性变形阶段,尚未到达最大抗拉强度