[科普中國]-單向拉伸

簡介

德國亞琛工業(yè)大學的金屬成型研究所于20世紀末開始對軋制差厚板（tailor rolled blank，TRB）進行研究。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)軋輥間隙的實時調(diào)整，進而沿軋制方向軋制出預先定制的變截面形狀。設(shè)計人員可以根據(jù)后續(xù)成形工序中鋼板各個部位的實際受力以及整個車身的承載情況，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來評估差厚板的基本力學性能和成形性能。

李艷華等討論了st16差厚板厚度比及過渡區(qū)長度對其延伸率和過渡區(qū)中心移動量的影響．包向軍通過單向拉伸試驗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軋制差厚板單向拉伸的力學解析模型。

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

單向拉伸試驗1 試驗準備

所用材料牌號為SPHC，其化學成分：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行退火，試驗采用WDW－3100型微機控制電子式萬能試驗機測試板料的力學性能。

2 單向拉伸試驗結(jié)果

通過單向拉伸試驗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度以及抗拉強度均減小，而彈性模量、硬化指數(shù)、厚向異性系數(shù)均有所增大，這對于獲得良好的沖壓性能是有利的。對于未退火和已退火的軋制差厚板拉伸試樣，薄側(cè)的應變均大于厚側(cè)，變形將會集中于薄側(cè)進行，這將導致薄側(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，軋制差厚板的強度下降，塑性增強，有個別的大晶粒產(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

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

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的等效應變分布。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變值，因而能夠獲得更大的延伸率，與試驗結(jié)果也是相吻合的。而且經(jīng)與試驗相比較，仿真模擬的縮頸失效部位也是非常準確的。

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

總結(jié)（1）解析模型能夠準確地描述軋制差厚板單向拉伸過程中的應力應變狀態(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行合理解釋，解析公式、仿真以及試驗結(jié)果三者有著較好的一致性3。