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在單軸拉伸應(yīng)力作用下，試樣寬度和厚度方向的真實(shí)塑性應(yīng)變之比稱為塑性應(yīng)變比，即r值。r值與多晶材料中晶體的擇優(yōu)取向(織構(gòu))有關(guān)，反映了薄板各向異性的程度。當(dāng)r值小于1時(shí)，說明材料厚度方向更容易變形減薄和開裂，沖壓性能不好；當(dāng)r值大于1時(shí)，說明材料在沖壓成形過程中，長度和寬度(面內(nèi))方向上容易變形。因?yàn)楹穸葴p薄是薄板沖壓過程中材料發(fā)生斷裂的主要原因，所以對于r值大的材料，其在厚度方向上的抗變形能力較好，抵抗變薄能力強(qiáng)，具備良好的沖壓性能。此外，通過測試不同取樣方向試樣的r 值，可以定量評估金屬塑性的各向異性，是材料成形能力的一種度量，正確評價(jià)r值對制定薄板深沖工藝具有重要的實(shí)踐價(jià)值。

 

    根據(jù)最新的r 值測試標(biāo)準(zhǔn)ISO 10113:2020 《金屬材料 薄板和薄帶塑性應(yīng)變比(r值)的測定》中，全自動(dòng)方法應(yīng)在試樣平行長度部分均勻測試至少3處寬度。這給我國主流試驗(yàn)技術(shù)和國產(chǎn)試驗(yàn)機(jī)測試能力帶來了較大的沖擊和挑戰(zhàn)。根據(jù)ISO 10113:2020標(biāo)準(zhǔn)的要求，采用視頻引伸計(jì)同時(shí)測試了試樣長度和寬度方向的實(shí)時(shí)應(yīng)變。

 

1 試驗(yàn)材料及方法

 

1.1試驗(yàn)材料 

 

    采用BUSD-A、BUSD-B、430不銹鋼以及6082鋁合金等不同規(guī)格試樣，均按照ISO10113:2020標(biāo)準(zhǔn)的要求加工。

 

1.2試驗(yàn)方法 

 

     采用加載視頻引伸計(jì)的全自動(dòng)測試方法測定r值，在彈性階段直至屈服階段，橫梁位移速率控制在2mm/min，在屈服階段之后，橫梁位移速率控制在5mm/min。各試樣的約定應(yīng)變?yōu)閞5，r8，r15。

 

2 試驗(yàn)設(shè)備和軟件

 

2.1試驗(yàn)設(shè)備 

 

     為了降低設(shè)備同軸度對試驗(yàn)結(jié)果的影響，選用了電子萬能試驗(yàn)機(jī)，并配置了對中性優(yōu)越的拉壓過零疲勞試驗(yàn)用液壓楔形夾具，該設(shè)備在試驗(yàn)前采用自主研發(fā)設(shè)計(jì)的基于ASTM E1012 《在拉伸和壓縮軸向力作用下驗(yàn)證試驗(yàn)框架和樣品準(zhǔn)直精度的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施規(guī)程》標(biāo)準(zhǔn)的AlignmentExpert同軸度校準(zhǔn)系統(tǒng)，以對加載機(jī)構(gòu)的同軸度進(jìn)行調(diào)整，確保系統(tǒng)同軸度滿足ASTM E1012 Class 5等級，消除軸向加載的不均勻性對r值測定的影響。

 

     試樣長度與寬度變形測試采用自主研發(fā)的視頻引伸計(jì)(見圖1)，該引伸計(jì)通過軟件設(shè)置，在試樣寬度方向，可在軸向標(biāo)距范圍內(nèi)任意設(shè)置均布線數(shù)(1~33)，例如試驗(yàn)采用的33線法，可實(shí)時(shí)跟蹤拉伸加載過程中試樣的寬度變形(見圖2)。

 

 

圖2 寬度方向32等分(33線)示意

 

2.2試驗(yàn)軟件 

 

     利用電子萬能試驗(yàn)機(jī)配置的TestMaster測試控制軟件，按照標(biāo)準(zhǔn)ISO 10113:2020的要求，自動(dòng)計(jì)算得到真實(shí)有效的r值。

 

3 試驗(yàn)過程及結(jié)果分析

 

3.1試驗(yàn)過程 

 

     為了降低不穩(wěn)定因素對試驗(yàn)數(shù)據(jù)的影響，采用與標(biāo)定同軸度相一致的夾塊，并根據(jù)試樣的不同寬度，嚴(yán)格調(diào)整試樣的對中性，確保試樣軸向中心線與上下夾具中心線保持一致。

 

     視頻引伸計(jì)位置固定，確保每次試驗(yàn)不受視頻引伸計(jì)位置變動(dòng)和狀態(tài)變化的影響。

 

     由于采用的是全自動(dòng)測試方法，因此計(jì)算r值時(shí)用全自動(dòng)方法的相應(yīng)公式，長度方向的塑性應(yīng)變比為

 

 

     寬度方向的塑性應(yīng)變比為

 

 

     r值計(jì)算公式為

 

 

3.2試驗(yàn)結(jié)果 

 

3.2.1 實(shí)測結(jié)果

 

表1 4組不同類型試樣的r值實(shí)測數(shù)據(jù)

 

 

    表1為4組不同類型試樣的r值實(shí)測數(shù)據(jù)。為了研究不同寬度測試線所得到的寬度變形對r值的影響，所有試驗(yàn)均采用33線和3線(3線選擇中間測試線與離中心線相隔5道的上下對稱線，見圖2)測試方法進(jìn)行計(jì)算。

 

     由表1可知，按照ISO 10113:2020標(biāo)準(zhǔn)，采用多線位置測試寬度變形，所得到的r值一致性較好，33線測試結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差顯著優(yōu)于3線測試結(jié)果的，這也與方健等的研究結(jié)果一致。

 

3.2.2 結(jié)果比對

 

表2 不同方法測試r值的平均值

 

 

     不同方法測試r值的平均值如表2所示。由表2可以看出，采用視頻引伸計(jì)測得的各種材料r值都比自動(dòng)扣除彈性方式的r值低，趨于接近人工方式測試的r值或半自動(dòng)方式測試的r值。

 

 

圖3 BUSD-B試樣全過程r值-應(yīng)變關(guān)系曲線

 

     采用TestMaster軟件選取全過程的r值-應(yīng)變關(guān)系曲線如圖3所示。由圖3可知，BUSD-B試樣在塑性變形階段，低應(yīng)變區(qū)域r值的波動(dòng)比高應(yīng)變區(qū)域的波動(dòng)要大，高應(yīng)變區(qū)域的r值更為穩(wěn)定。

 

4 結(jié)語

 

     用視頻引伸計(jì)測試r值十分方便，還可以根據(jù)需要測試任意等分長度和寬度方向的實(shí)時(shí)應(yīng)變，如文中的32等分(33線)測試方法。

 

     多線形式的寬度方向測試結(jié)果的穩(wěn)定性明顯優(yōu)于少線形式的寬度方向測試結(jié)果的穩(wěn)定性，建議在條件允許的情況下盡量采用多線形式測試寬度方向的變形。

 

     視頻引伸計(jì)采用非接觸式測試，避免了與試樣接觸產(chǎn)生的人為不確定因素的影響，測試結(jié)果與人工測試結(jié)果也更為接近。