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边部冲裁对DP钢拉伸性能实验论述

 论文栏目:实验发展论文     更新时间:2013-11-29 17:34:26   

1数据有效性分析

为验证实验测量数据的有效性,以DP780线切割拉伸试样为例,分别采用普通引伸计和视频测量仪测量应变,并进一步分析了不同原始标距下的拉伸力学性能。静拉伸实验均在室温25℃,拉伸速度1mm/s的条件下进行。图4所示为DP780的拉伸实验曲线,其中标注为MTS793的曲线是引伸计(原始标距25mm)图4视频测量仪和MTS引伸计测量的拉伸曲线Fig.4TensilecurvesmeasuredbyIMETRUMandMTS测量所得,标注为VideoGauge的曲线则是视频测量仪设定两应变监测点(图中的Target1和Target2,初始距离25mm)测量位移后自动换算所得。应力来自MTS793材料实验机模拟输出端口的模拟直流电压信号。比较两种方法测量的拉伸曲线,从拉伸开始到结束,两者的吻合度非常好。进一步对比表1所列出的实验数据处理结果发现,就材料力学性能而言,两种方法测得的结果也很相近,除杨氏模量外,其他误差均控制在6%以内。由此可知,视频测量仪的精度完全满足材料变形过程中塑性应变的测量要求。其中L0为原始标距;E为杨氏模量;Rp0.2为规定非比例伸长率0.2%时的应力;Rm为抗拉强度;Agt为最大力伸长率;At为断裂总伸长率。由于原始标距对DP钢准静态拉伸变形行为具有较大影响[10],试样原始标距的选取至关重要。实验中选取了四种标距,分别为25mm(Target1和Target2)、40mm(Target3和Target4)、60mm(Target5和Target6)和80mm(Target7和Target8)。上述成对应变监测点均对称于试样中心线,通过VideoGauge软件后处理,可得到如图5所示的拉伸曲线。对比表1所列出的实验处理结果可知,对应不同的标距,断裂总伸长率At分别为31.87%、27.37%、24.13%和20.80%,存在较大波动,但其余材料基本力学性能基本一致。分析不同冲裁断面质量对后续拉伸力学性能的影响,需采用相同的标距,考虑到本文中所采用的拉伸试样较长,为确保断裂位置处于设定的标距内,后续结果分析均在80mm标距的基础上完成。

2结果与分析

从拉伸曲线来看,拉伸过程一般可分为比例、强化和颈缩三个阶段,线切割与冲裁试样在颈缩阶段存在较大差异。线切割试样的颈缩阶段最长,应力在较长范围内缓慢下降,最终瞬间断裂;而边部冲裁试样的颈缩阶段均短于线切割试样,且随冲裁间隙的增大而减小,其中冲裁间隙为5.56%与16.67%的试样相差较小,当冲裁间隙达到27.78%时颈缩阶段明显缩短。另外,边部冲裁试样在颈缩后期均出现应力突变现象,随后持续下降至最终断裂。从断口形貌来看,线切割试样是典型的剪切滑移型断口;边部冲裁试样均具有不同长度的横向裂纹,整体呈折线状,其中冲裁间隙最大的27.78%试样最为明显。由此可见,边部冲裁对拉伸曲线的影响主要体现在颈缩阶段,并且冲裁间隙直接决定材料的后续拉伸力学性能。为进一步分析颈缩后期应力突变和应力持续下降现象,采用视频测量仪的后处理功能,将实时的试样图像与拉伸曲线同步,如图7所示。其中标注1~4分别表示线切割和边部冲裁加工的4种拉伸试样,试样图像分别与拉伸曲线上的圆点顺序对应,并且所有实验数据和曲线均来自视频测量仪而非引伸计。图7(a)中,对于线切割试样,颈缩初期当应变达到27.83%时,试样两侧出现对称均匀的颈缩,对应的应力缓慢下降,在29.30%~29.32%极小应变范围内,裂纹完成萌生、扩展和交汇整个过程。图7(b)~(d)中,对于冲裁间隙为5.56%的试样,在应力突变处(应变26.73%)试样两侧出现左右不对称的非均匀颈缩特征,冲裁间隙为16.67%与27.78%的试样分别在26.58%和15.42%应变处出现相同特征。由此表明,非均匀颈缩特征是DP590边部冲裁试样在颈缩阶段应力突变的原因之一。随着颈缩的继续发展,冲裁间隙为5.56%与16.67%的试样分别在28.32%和27.69%应变处出现单侧横向裂纹,而对于冲裁间隙为27.78%的情况,试样在16.51%和17.54%应变处先后出现两条横向裂纹,材料的颈缩作用更多地被横向裂纹扩展所取代。裂纹的横向扩展,使得承载面积减少、应力进一步快速下降。当试样的承载面积小到一定程度后,在剪应力的作用下,裂纹沿着斜向45o方向快速扩展至最终断裂。边部冲裁对拉伸性能的影响在DP780上体现得更加明显。如图8所示,与同等条件下的DP590拉伸曲线类似,边部冲裁试样较线切割试样早断裂,冲裁间隙越大断裂越早,但冲裁间隙27.75%试样明显起裂时间较早,且冲裁间隙为5.56%及27.75%试样的横向裂纹较同等条件下的DP590试样长。从颈缩演化过程来看,冲裁间隙为5.56%的试样在应变19.58%处出现非均匀颈缩,应变达到20.40%时横向裂纹开始起裂;冲裁间隙为16.67%的试样在应变19.74%与20.12%处出现非均匀颈缩和横向裂纹;对于冲裁间隙为27.78%的情况,在应变7.8%处就已出现横向裂纹。随后横向裂纹进一步扩展,最终以剪切裂纹的方式断裂。图8DP780实验结果Fig.8ExperimentalresultsofDP780DP980边部冲裁试样较线切割试样早断裂,冲裁间隙越大断裂越早,但拉伸曲线和断口形貌表现出不同的特征。如图9所示,冲裁间隙为5.56%和16.67%的试样,在颈缩后期未出现显著的应力突变和持续下降,而与线切割试样颈缩特征类似。冲裁间隙达到27.78%时,与相同冲裁间隙的DP590与DP780类似,表现出一定的应力突变和持续下降,但起裂时间相比之下受冲裁间隙的影响较小。因此,在较小的冲裁间隙情况下(低于16.67%),边部冲裁对DP980的拉伸力学性能影响有限,其断口与线切割试样类似,呈剪切滑移型断口。由DP980颈缩演化的过程来看,冲裁间隙为5.56%和16.67%的试样,未观察到明显的不均匀颈缩和明显的横向裂纹,分别在应变12.41%和11.80%处出现1条剪切带。但是,对于冲裁间隙为27.78%的情况,在应变9.40%和9.80%处先后出现2条交叉的剪切带,最终沿着其中更显著的剪切带断裂。

3结论

本文面向超高强度冷轧钢板DP590、DP780和DP980,结合IMETRUM非接触式视频应变测量仪,开展基于线切割和冲裁方式所制备试样的拉伸力学性能研究,详细分析不同断面质量下的拉伸力学性能响应、颈缩过程及断口形貌,可得到如下结论:1)原始标距的选取对DP钢的断裂总伸长率影响较大,原始标距减小,基本不影响屈服强度、抗拉强度和最大力非比例伸长率,而断裂总伸长率显著增大。2)材料的屈服强度和抗拉强度不受冲裁或线切割加工方式的影响,但冲裁拉伸试样的断裂总伸长率低于线切割试样,且会随着冲裁间隙的增大而减小。对于这三种材料,冲裁间隙在15%以内选取均可获得较为稳定的拉伸力学性能。3)冲裁试样与线切割试样在拉伸颈缩段存在较大差别,断裂总伸长率低于线切割试样,且随着冲裁间隙的增大而减小;对于DP590和DP780,在非均匀颈缩和横向裂纹出现后,呈现折线状断口;而DP980冲裁试样颈缩时产生显著的剪切带,冲裁间隙小于15%的试样的拉伸断口基本与线切割试样一致,呈剪切滑移型断口,但冲裁间隙较大时,虽然试样断口的折线状不明显,但从其拉伸曲线上可以发现边部裂纹在轴向拉应力作用下沿横向扩展的特征。

作者:郑欢 吴彦骏 刁可山 庄新村 陈劼实 赵震 单位:上海交通大学塑性成形技术与装备研究院 宝山钢铁股份有限公司研究院

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