鏈條聯(lián)接件的冷沖壓模具設(shè)計(jì)-級進(jìn)模含NX三維及8張CAD圖
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顯微硬度表征板材成形過程中的實(shí)驗(yàn)特性的應(yīng)用
Ali Mkaddem?, Riadh Bahloul, Philippe Dal Santo, Alain Potiron
LPMI-ERT-ENSAM/CER, 2 Boulevard du Ronceray,
bp3525-49035昂熱，法國
232004.4.23收到； 2006.4.10接受
摘要
在本文中，一個(gè)實(shí)驗(yàn)顯微硬度程序被提出用于評估低合金高強(qiáng)度鋼在板料成形過程中每個(gè)工序的行為演變。隨著顯微技術(shù)具備一種可靠的檢測，其已被保留用于按照可能在制造過程中發(fā)生的力學(xué)特性進(jìn)行變化。這一結(jié)論適用于在經(jīng)過不同工序后的特性板材上，如：原始（未經(jīng)滾卷的）板材，退卷板材，矯直材和彎曲板材。在原始低合金 高強(qiáng)度鋼（HSLA）上的剖視顯微硬度結(jié)果表明，材料在板材厚度上是高度不均勻的。經(jīng)過退卷處理的顯微硬度型材表現(xiàn)出一種在板材成形中被廣泛采納的用于使板材變得足夠平直以便材料加工成形的高靈敏度的板材矯直行為特點(diǎn)。而一系列的原始材料和矯直材料間的硬度比例也被清楚地觀察到。此外，顯微硬度亦被用于研究彎曲件在大梯度變形情況下褶皺帶力學(xué)性能的變化展示。通過這個(gè)方法，通常同時(shí)發(fā)生在彈塑性鋼中的硬化現(xiàn)象和破壞現(xiàn)象將被準(zhǔn)確地量化。通過比較它們的結(jié)果，即可得出一個(gè)相互作用的過程–材料的好結(jié)論。
? 2006 Elsevier B.V出版社出版
關(guān)鍵詞：顯微硬度；鈑金；滾卷；矯直；彎曲；損傷
目 錄
1、介紹
2、軋制過程
2.1 軋制周期
2.2 參考材料
3、行為特性
3.1 原始板材
3.1.1顯微硬度測試
3.1.2平均寬度X射線測試
3.1.3 相關(guān)結(jié)果
3.2 矯直板
3.3 彎曲板
4、損壞特性
4.1 理論公式
4.2顯微硬度規(guī)律的鑒定
4.3 損壞規(guī)律的鑒定
5、結(jié)論與討論
鳴謝
參考文獻(xiàn)
1、介紹
金屬板材成形工業(yè)已經(jīng)成為汽車工業(yè)的一個(gè)主要制造中心之一，而板材產(chǎn)品因具有輕質(zhì)量和較好的成形性能而受到歡迎。
如文獻(xiàn)[1]中Tang和Tai所言，板料成形是一個(gè)更加復(fù)雜的平面應(yīng)變過程，常伴有一個(gè)不容忽視的高比例的高度減少之類的結(jié)構(gòu)變化過程。
如圖1所示，滾卷、退卷、矯直及彎曲這樣一個(gè)多樣化的板材加工順序可以使材料特性獲得一個(gè)平整和改善的改變。
有些時(shí)候，成形的機(jī)械和環(huán)境條件被認(rèn)為是在成形周期中引起鋼強(qiáng)度減小與微觀結(jié)構(gòu)變化的主要原因之一。
圖1. 制造周期的主要工序
在開創(chuàng)性研究中，材料強(qiáng)度，抗疏，損傷和材料成形能力的主要研究廣泛采用一個(gè)狀態(tài)下或單獨(dú)的步驟進(jìn)行。
低負(fù)荷下的壓痕硬度試驗(yàn)是一個(gè)公認(rèn)的評估軋制材料各種機(jī)械性能如屈服應(yīng)力，斷裂應(yīng)力，彈性模量和斷裂韌性的工具。因此，所提出的用于測量0.09%SHLA板材碳鋼硬度的方法是依據(jù)制造序列與性能變化之間的關(guān)系開展的。由材料厚度范圍內(nèi)的測量值推出的曲線將考慮成形過程中所有可能的步驟。
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* 相關(guān)作者：
電子郵件地址：ali.mkaddem@angers.ensam.fr（A. Mkaddem）。
0924-0136/ $–見前頁?2006 Elsevier B.V出版社出版。
內(nèi)政部：10.1016/j.jmatprotec.2006.04.006。
2、軋制
2.1 軋制周期
軋制過程包括如圖2所示的幾個(gè)支配基體材料最終狀態(tài)的連續(xù)步驟。厚度減少的水平通過改變晶體的結(jié)構(gòu)而使材料獲得高硬度。
在一般的生產(chǎn)實(shí)踐中，板料的保持溫度必須達(dá)到再結(jié)晶以上，以使奧氏體熔液在冷卻結(jié)束時(shí)成形。同時(shí)為獲得好的材料性能，這一保持溫度必須被準(zhǔn)確地控制。
在熱軋工序的末尾，溫度也要求被準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)以成功地確保沉淀的晶粒尺寸盡可能地小。在這個(gè)工序過程中，所使用的溫度要求不能有助于相體的異化。
熱軋工序之后，板材由浸泡進(jìn)行冷卻，然后進(jìn)行滾卷成形。材料微觀晶粒尺寸的大小取決于所采用冷卻速度的大小，冷卻速度越快，粒徑越小。
滾卷工序?qū)彳堜摰淖罱K機(jī)械和微觀特性有一個(gè)具體的影響。滾卷溫度屬于板料的一個(gè)再熱處理溫度，其對工藝進(jìn)程中可以被培養(yǎng)的晶粒尺寸和析出有一個(gè)特別的影響?；w材料內(nèi)容的分布首先是HSLA 鋼的組成元素?cái)?shù)量之一，其次是熱軋周期中對微觀結(jié)構(gòu)改變都有重要作用的每個(gè)步驟的軋制條件的一個(gè)基礎(chǔ)。
圖2. 板材熱軋過程的主要步驟
2.2 參考材料
一般來說，軋制材料被卷成滾卷型。滾卷之前的基體材料被被認(rèn)為是“原始材料”，其所構(gòu)成的板材被當(dāng)做參考金屬，其處在如圖3a所示的筒板的內(nèi)側(cè)末端位置。參考材料可用于矯直和彎曲的微觀硬度測量
機(jī)械熱軋制控制過程可以使晶粒細(xì)化，從而可以獲得高的機(jī)械特性與成形性能。圖3b展示了0.09%碳鋼板的微觀結(jié)構(gòu)?？紤]材料的鐵素體晶粒一般都小于10um且軋制的擇優(yōu)取向被明確的標(biāo)志。之前的闡述步驟基本上可以決定微觀結(jié)構(gòu)的這些最終性能。
圖 3. (a) 參考板料和 (b) HSLA熱軋鋼基于的基體材料
3、行為特性
3.1 原始板材
3.1.1顯微硬度測試
在軋制工序過程中，當(dāng)最終溫度達(dá)到時(shí)，晶粒的密度迅速增加并首先發(fā)生在冷卻速度最大的靠近板件表面處。從而，晶粒發(fā)展停止并獲得足夠小的尺寸。此外，在低合金高強(qiáng)度鋼板厚度上的微觀結(jié)構(gòu)并不均勻。
微觀結(jié)構(gòu)的多相化將不可避免地在厚度上由晶粒梯度對隨后的機(jī)械性能產(chǎn)生影響。在原始板材上由內(nèi)表面到外表面的200g負(fù)載顯微硬度檢測可以對材料特性提供準(zhǔn)確的理解。
標(biāo)本在被認(rèn)為變形量最小的參考區(qū)采取，接著，為了提高測量精度還對其進(jìn)行了涂層和拋光。最后，幾次顯微維氏實(shí)驗(yàn)在表面質(zhì)量被擦亮的樣本上進(jìn)行。
圖4顯示了在板料厚度上的相對顯微維氏硬度（數(shù)值取平均值（HV））并不是統(tǒng)一的。特別地是，其最高值是在晶粒較小的靠近表面處，而晶粒發(fā)展相對靠近表面區(qū)較慢的中間區(qū)域的硬化速率顯得較為低些。硬化率似乎較低的中立區(qū)，沉淀一般發(fā)達(dá)姍姍來遲相比近表面區(qū)。顯微硬度演變證實(shí)了對夾持、軋制和冷卻步驟的準(zhǔn)確溫度調(diào)節(jié)是非常重要的。
圖4. 板料厚度上的顯微維氏硬度變化圖
板材中性區(qū)和表面間相對硬度值的差異可以達(dá)到8%，而兩表面卻沒有明顯的變化。在沒有任何大變形的前提下對原始板料的顯微硬度測量被視為參考特性。以實(shí)際的方式，顯微硬度特性必須有助于確定材料的特性發(fā)展與隨后的制造工序的聯(lián)系。
3.1.2 X射線平均寬度測試
對原始板料進(jìn)行典型分析的技術(shù)方法是—X射線衍射技術(shù)。
圖5展示了由按隨基體塑性變形進(jìn)行變化的原理進(jìn)行設(shè)計(jì)的平均寬度X射線峰值在板料厚度內(nèi)由內(nèi)表面到外表面進(jìn)行測量所獲數(shù)值的繪制。
值得注意的是，平均寬度分布是不均勻的。這再次證實(shí)了顯微硬度測量的結(jié)果。這種典型的演變表明， 擬定過程中的不同步驟對往下材料的特性有直接的影響并誘導(dǎo)板料厚度內(nèi)中心區(qū)和表面區(qū)間的硬化率差異產(chǎn)生顯著偏差。
圖5. 板料厚度上的平均寬度X射線衍射變化圖
如顯微硬度調(diào)查所指出的一樣，高數(shù)值的平均寬度位于板料的表面區(qū)。這條曲線顯示了最小的角度數(shù)值為1.27?，而兩表面間不存在不同的結(jié)果。
3.1.3 相關(guān)結(jié)果
顯微硬度的典型分布和板材厚度上檢測得的的平均寬度讓我們考慮著一個(gè)明顯的基于實(shí)驗(yàn)的聯(lián)系，即可以成比例地預(yù)測顯微硬度值與平均寬度X射線峰值測量間有一個(gè)固定的縮進(jìn)負(fù)荷。由此，對于考慮的板材，圖4與圖5間的一個(gè)簡單的線性關(guān)系組合可以被發(fā)現(xiàn)。
如圖6中所預(yù)期，基于維氏硬度值與X射線測量值間有一個(gè)相對較高的波動(dòng)的這一本質(zhì)的事實(shí)，它們之間是存在一個(gè)明顯可行的測量值間的線性規(guī)律的。
圖6. 維氏顯微硬度與X射線平均寬度的相互關(guān)系
3.2 矯直板
板材經(jīng)過軋制后將輥進(jìn)行滾卷，而在這個(gè)操作過程中，其微觀結(jié)構(gòu)因經(jīng)歷一些機(jī)械變形而引進(jìn)了殘余應(yīng)力。為了生產(chǎn)高質(zhì)量的零件，滾筒板必須經(jīng)過退卷和矯直加工。其中，輥平是鋼板經(jīng)過熱軋、熱處理及冷卻后廣泛采用的矯直方法。
如圖7所示，輥平操作是為降低軋制工序作用的使板或卷板多個(gè)來回彎曲的工序。這是一個(gè)復(fù)雜的過程，同時(shí)在這個(gè)過程中基本無法了解板料的細(xì)節(jié)行為特征。板料暴露在反向彎曲矯直過程中且其應(yīng)變由幾何矯正設(shè)備機(jī)進(jìn)行控制。這意味著，鋼板處在反向應(yīng)變循環(huán)加載控制中。
圖7. 矯直過程中鋼板壓平的主要工序
該操作通過在設(shè)備上使用不同的滾軸從而施加變化的壓力，它是鋼材加工矯直工序中必不可少的，因?yàn)?，這可以通過獲得所需的平面粗糙度和低的殘余應(yīng)力以實(shí)現(xiàn)在矯直后，鋼板可以實(shí)現(xiàn)增加任何后續(xù)處理工序的成功率。不可否認(rèn)地，材料將在矯直過程中發(fā)生塑性變形并引起一定數(shù)量的硬化率，這一硬化率水平可以在材料的表面區(qū)被特別清楚地觀察到。
下面在矯直板上進(jìn)行數(shù)次在不同滾軸作用下的顯微硬度試驗(yàn)，在三個(gè)預(yù)先存在的輥的位置上，只有第一個(gè)將發(fā)生了改變，而第二和第三的輥保持不變。
在工業(yè)實(shí)踐中，在卷板后面的第一個(gè)位置放置第一根滾軸并施加最高的作用力是必然的，如此，可以在第二或第三位置滾軸處施加較小的作用力。滲透是對輥后另一個(gè)或第三個(gè)。其中，實(shí)驗(yàn)的材料厚度為4毫米，輥的位置設(shè)計(jì)成三個(gè)一組，即沒有施加作用時(shí)的[t，t，t]。隨后，分別為第一，二，第三輥施加a，b，c的作用力，這樣，輥的位置組合變成如表1所示的不同研究組合：[t-a，t-b,t-c] 。
表 1. 特性的不同矯直反應(yīng)
軋輥1(mm)
軋輥2(mm)
軋輥3(mm)
組合
第一種反應(yīng)
0
3
4
034
第二種反應(yīng)
1
3
4
134
第三種反應(yīng)
2
3
4
234
圖8. 矯直板相對顯微硬度
如圖8所示展示了測量結(jié)果的設(shè)計(jì)曲線，并為每個(gè)研究情況附加原始板料的剖視顯微硬度曲線。
對于實(shí)驗(yàn)的板材，通過對比板料的原始狀態(tài)和矯直狀態(tài)，由矯直工序引起的機(jī)械性能的變化可以被清楚的識別。
參考圖8，可以指出：在所有情況下，矯直后的板料硬度比參考板料高。此外，這種特性像在參考板料上所觀察到的顯微硬度演變一般，其在板料厚度內(nèi)也表現(xiàn)出保持類似的非線性演化結(jié)果。
在上述的三個(gè)實(shí)驗(yàn)里，當(dāng)相對測量數(shù)值較小時(shí)，板料厚度上的外表區(qū)微觀組織變化似乎比中間區(qū)域的顯得要更多些。特別地是，最高的硬化率在在滾卷工序時(shí)處在實(shí)際壓力區(qū)的卷板外表區(qū)測得。板料兩個(gè)面的不同顯微硬度水平有利于實(shí)現(xiàn)在滾卷和矯直操作時(shí)塑性變形在卷板的外部區(qū)域疊加。
在前述實(shí)驗(yàn)中，可以確定的是，卷板外表面顯微硬度的量化比在其內(nèi)表面的要敏感得多，同時(shí)板料在厚度上的殘余應(yīng)力場是不相似的，其在很大程度上取決于以往的制造步驟。
在這個(gè)階段，板料經(jīng)歷低的塑性變形，但它足以用來確定在矯直工序中誘發(fā)的僅有的硬化水平。如圖8所示，在上述三個(gè)研究案件里，硬化水平尤其在板料的外表面區(qū)表現(xiàn)出不相似。與參考板料的剖視顯微硬度分布對比，可以看到，以維氏硬度值表示的硬化程度變化值在輥?zhàn)饔煤芨邥r(shí)變得很顯著。這一觀察的結(jié)果與基體材料被誘發(fā)的塑性變形的數(shù)量有關(guān)，并直接取決于輥的作用。當(dāng)材料發(fā)生流動(dòng)時(shí)，一個(gè)對應(yīng)的剪切過程被激活并快速導(dǎo)致錯(cuò)位量的產(chǎn)生。隨著原位置的晶粒經(jīng)歷了硬化過程，其基體材料將得到強(qiáng)化，同時(shí)微觀組織的紋理密度將得到增高。而基體材料高晶體紋理密度引起的原位置材料的剪切運(yùn)動(dòng)將造成中間厚度區(qū)顯微硬度值的變化。
具體地是，在較為劇烈的[034] 輥組合矯直案例中，對板料內(nèi)外表面的分別測量結(jié)果為：0.5毫米深度處的硬化水平為1%，然而4.5毫米深度的硬化水平卻達(dá)到4.5%。而相對參考板料，其內(nèi)側(cè)和中間厚度區(qū)域的硬度值變化卻保持相對穩(wěn)定。因此，矯直條件對材料往下成形工序的機(jī)械性能產(chǎn)生一個(gè)直接的影響。
對于板料的厚度中間區(qū)和厚度表面區(qū)，矯直工序中的輥壓操作將增大其屬性差距。另外，矯直工序?qū)⑹箽堄鄳?yīng)力的分布均勻化，而由此造成的硬化水平將影響材料在往下成形工序的成形性。
3.3 彎曲板
在彎曲工序中，材料將經(jīng)歷一個(gè)重要的應(yīng)變比過程，特別是在褶皺帶，它的特點(diǎn)是硬化現(xiàn)象。
根據(jù)不同的工藝參數(shù)，褶皺帶區(qū)域的塑性應(yīng)變將產(chǎn)生導(dǎo)致高水平的硬化率和微觀損傷的產(chǎn)生和發(fā)展的劇烈梯度。
在上述研究中，Kurt已經(jīng)推斷出微觀硬度在外表面區(qū)域的值比在內(nèi)表面地區(qū)的高。
因此，在這次調(diào)查中，所使用的實(shí)驗(yàn)HSLA板鋼零件將經(jīng)歷一個(gè)干的彎曲沖壓過程。維氏硬度值將特別選在零件褶皺帶由壓縮區(qū)到拉伸區(qū)的區(qū)域進(jìn)行測量。測試的執(zhí)行方式如下：內(nèi)板表面對應(yīng)于承受靜壓應(yīng)力的板件內(nèi)褶皺區(qū)，同理，外板表面將對應(yīng)于拉伸纖維區(qū)域
應(yīng)用于研究樣本的主要彎曲參數(shù)如表2所示：
表 2 用于研究樣本的主要彎曲參數(shù)
凸模圓角半徑 (mm)
凹模圓角半徑 (mm)
壓邊半徑 (mm)
行程 (mm)
間隙 (mm)
厚度 (mm)
彎曲角( ? )
4
4
4
29
0
4
90
通過200g彎曲載荷的顯微硬度測量結(jié)果，彎曲操作的影響已被分析了出來。
通過對測量數(shù)據(jù)的處理可以得出如圖9所示的原始板、矯直板及彎曲板間的剖視顯微硬度結(jié)果。
圖9. 原始、矯直及彎曲板料的相對剖視顯微硬度
由繪制的數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)的是，彎曲樣本的顯微硬度規(guī)律也是非線性的。而進(jìn)行彎曲操作時(shí)，中間區(qū)域區(qū)和近表面區(qū)域的數(shù)值差距變得更加顯著。無容置疑地，彎曲操作過程中誘導(dǎo)的塑性變形高于在矯直工序中由輥平設(shè)備導(dǎo)致的。此外，顯微結(jié)構(gòu)對彎曲操作的敏感程度的似乎比矯直操作還要高。
特別可以預(yù)期的是，此時(shí)在彎曲試樣內(nèi)表面區(qū)的的相對維氏數(shù)值比在外表面區(qū)的要更重要。這個(gè)觀察是建立在如下事實(shí)之上的：材料的內(nèi)纖維在承受靜壓縮應(yīng)力時(shí)，其微觀損傷的產(chǎn)生和發(fā)展受到了壓制。實(shí)際上，它的硬化水平上升了。
對比原始板料，彎曲件的相對硬度在拉伸區(qū)和壓縮區(qū)分別增加了約10%和10.5%。另一方面，可以觀察到的是，以顯微硬度表征的中間區(qū)域微觀結(jié)構(gòu)變化小到可以忽略不計(jì)。
顯微硬度測試技術(shù)表明，其顯示材料制造過程中的材料行為特性的能力是充分可靠的。如果在板料范圍內(nèi)以硬化數(shù)值直接表征硬度率，則由塑性變形直接誘導(dǎo)的損傷發(fā)展可能可以僅僅直觀的研究。
為了更詳細(xì)地探究，本文提出了一種研究損傷的新方法。
4、損壞特性
4.1 理論公式
如前面幾個(gè)實(shí)驗(yàn)所示的證明結(jié)果及理論發(fā)現(xiàn)，鋼材的顯微硬度（HV）的變化與材料的流動(dòng)應(yīng)力成線性關(guān)系，即如下關(guān)系：
Hv = kσeq (1)
其中，k為物質(zhì)相關(guān)常數(shù)。等效應(yīng)力可以寫為：
σeq=σy+R(εPl) （2）
其中，σy為屈服應(yīng)力；R(εPl)為考慮鋼的硬化規(guī)律。
在損傷材料的案例中，等式（1）可以寫為：
= （3）
其中，D代表損傷標(biāo)量。
事實(shí)上，等式（3）可以被改寫為如下方程式：
=k （4）
其中，（εPl）定義原始材料的測量顯微硬度值； 代表有效等效應(yīng)力。（εPl）為無損傷材料行為表征硬度的一種推斷法。
結(jié)合冪次法則，硬化演變將被寫為：
R=QR （5）
由此，顯微硬度與硬化規(guī)律成線性比例關(guān)系，如下關(guān)系可以被推斷出：
= QH （6）
其中，QR和QH分別表示硬化系數(shù)和顯微硬度系數(shù)。nR和nH分別表示等效硬化元素和顯微硬度元素（即當(dāng)Hv和R間屬于線性關(guān)系時(shí)，需進(jìn)行等效化處理）。為便于往后的演算，宜采取 nR=nH= n .
拉伸試驗(yàn)極便于幫助確定n和QR值。，顯微硬度測試有助于發(fā)現(xiàn)損傷材料的Hv—規(guī)律關(guān)系。此外，可以確認(rèn)的是，對于一個(gè)相當(dāng)小的塑性應(yīng)變，其損傷和硬化是如此的微不足道，以至于以下關(guān)系可以被驗(yàn)實(shí)：
QH =a.QR （7）
接著， QH=a.QR （8）
其中，a是一個(gè)由測量值推導(dǎo)出的材料相關(guān)常數(shù)。由此，用Hv表征未損壞材料的顯微硬度的規(guī)律被發(fā)現(xiàn)。而和測量值Hv間的不同可通過損傷參數(shù)D的測量來確定。
4.2顯微硬度規(guī)律的鑒定
材料行為的知識對于我們的實(shí)驗(yàn)戰(zhàn)略是必要的。原始材料的硬度規(guī)律不可能在沒有確定出硬化參數(shù)QR和nR前被發(fā)現(xiàn)，因此，單向拉伸試驗(yàn)需在考慮材料上進(jìn)行。
在進(jìn)行拉伸試驗(yàn)前，參考線已在實(shí)驗(yàn)樣本標(biāo)準(zhǔn)拉伸長度內(nèi)的表面上標(biāo)出。參考線處的截面在實(shí)驗(yàn)前和實(shí)驗(yàn)后分別被測量。拉伸試驗(yàn)后，標(biāo)準(zhǔn)拉伸長度內(nèi)每處的塑性變形將導(dǎo)致差異化的厚度減少。
采用維氏壓頭，顯微硬度測試已進(jìn)行。根據(jù)拉伸方向，橫向表面設(shè)計(jì)(由（N，L）表示) 如圖10b所示。測量必須由低塑性應(yīng)變區(qū)域處的S0開始并結(jié)束于破壞區(qū)域的最大塑性應(yīng)變處的Sm。由實(shí)驗(yàn)推導(dǎo)出的實(shí)驗(yàn)區(qū)域壓痕數(shù)據(jù)（Hv）如圖10a所示。接著，代表原始材料特性的外推法顯微硬度規(guī)律（）將因硬化參數(shù)被前面的拉伸試驗(yàn)所確定而被發(fā)現(xiàn)。
圖10. (a). 原始板材和損壞的顯微硬度規(guī)律 (b) 拉伸試驗(yàn)前和結(jié)束后的樣本形.
4.3 損壞規(guī)律的鑒定
這種方法被保留用于在本研究中進(jìn)行低合金高強(qiáng)度鋼損傷規(guī)律參數(shù)的描述。所進(jìn)行的測量是在原先已進(jìn)行拉伸試驗(yàn)的原始材料試樣上。在mkaddem等人的工作完成后，損傷數(shù)值可以由顯微硬度近似值推導(dǎo)出，他們的計(jì)算關(guān)系如下：
=1— （9）
由公式（9）計(jì)算得損傷值隨塑性應(yīng)變變化的關(guān)系如圖11a所示。利用線性回歸方法對基于實(shí)驗(yàn)的損傷結(jié)果進(jìn)行研究，可以清楚地觀察到，傷害在設(shè)計(jì)閾值點(diǎn)即0.05塑性應(yīng)變點(diǎn)處開始變化，并與塑性變形呈線性的變化。臨界損傷值點(diǎn)為 0.21，相應(yīng)塑性應(yīng)變值為樣件破壞應(yīng)變值，大小為0.36。
為了確認(rèn)顯微硬度測試方法用于描述損傷規(guī)律常數(shù)的可靠性，在考慮鋼上進(jìn)行了連續(xù)數(shù)次的裝載–卸載拉伸實(shí)驗(yàn)。使用的測試標(biāo)本皆配備了適用于大變形的應(yīng)變儀。三個(gè)連續(xù)的量儀已被保留在試樣上每個(gè)可以達(dá)到的表面上。使用負(fù)載單元的測量負(fù)載有利于為每次塑性應(yīng)變的測量計(jì)算出合適的應(yīng)力值。
在損傷測量中，由彈性斜度表示的楊氏模量根據(jù)Lemaitre 和 Chaboche間的如下關(guān)系隨著每個(gè)裝卸載周期進(jìn)行變化： =1— 。
其中，標(biāo)量損傷量，而E和E0分別表示損壞材料和原始材料的彈性模量。
測量值的線性回歸如圖11b所示，可以推斷的是，臨界點(diǎn)= 0；損壞發(fā)生的臨界點(diǎn)= 0.34，此時(shí)的=0.206。
值得注意的是，這兩種方法得到的結(jié)果間的協(xié)同度非常好。事實(shí)上，損害呈線性發(fā)展而常量都非常相似。從實(shí)用的角度來看，顯微硬度測試過程的操作似乎比裝卸載測試要簡單得多。此外，擬議的顯微硬度方法比連續(xù)的拉伸試驗(yàn)要少花費(fèi)得多。
事實(shí)上，顯微硬度表征技術(shù)表明，這種技術(shù)足夠可靠地根據(jù)制造序列過程快速量化微觀結(jié)構(gòu)的改變和準(zhǔn)確確定材料的常數(shù)。
圖11. 損傷規(guī)律推導(dǎo)自： (a) 顯微硬度方法和 (b) 拉伸試驗(yàn)過程
5、總結(jié)與討論
對于汽車和航空業(yè)所使用零部件的一個(gè)全面和準(zhǔn)確的材料特性演化的表征對于零件的成形是至關(guān)重要的。顯微硬度測量可根據(jù)成形操作中的零件特性進(jìn)行精確的檢測。在成形中小型HLSA鋼材零件的案例中，板材經(jīng)過了冷卻，卷起，退卷，矯直、連續(xù)沖裁及彎曲的操作。浮動(dòng)起飛，整頓和連續(xù)沖裁和折彎操作。這些操作的每一個(gè)皆誘發(fā)基體材料的變形，并影響最終產(chǎn)品的機(jī)械性能。，在這方面的貢獻(xiàn)，可以發(fā)現(xiàn)的是，顯微硬度測量是一個(gè)更好地技術(shù)，其可用于表征原始板材的特性并跟隨矯直和彎曲等后續(xù)工序的硬度演變。
如在材料厚度上的測量所發(fā)現(xiàn)的一樣，顯微硬度實(shí)驗(yàn)測試選擇在材料的不同狀態(tài)下進(jìn)行似乎有利于提高描述原始微觀結(jié)構(gòu)的改變的可靠度；此外，所提議的方法似乎可以精確地量化這些改變，即使它們是如此很小，。由矯直步驟和彎曲步驟造成的硬化水平如表3所示：
表3. 矯直板和彎曲板的硬化水平
區(qū)域/工序
矯直操作
彎曲操作
[034]
[134]
[234]
[034]
內(nèi)表面區(qū)（0.5mm）
0.8
0.0
0.0
10.5
外表面區(qū)（3.5mm）
3.9
2.6
1.9
10.0
關(guān)于材料損傷的合適的理解及其特性可以高度影響材料的成形加工和產(chǎn)品的工作壽命，這對于每一個(gè)制造操作的成功性都是非常重要的。這里開發(fā)出的新的硬度程序已成功地導(dǎo)出Lemaitre損傷參數(shù)的特性。如表4所示，所提出的方法和裝卸測試確定的損害常數(shù)之間的協(xié)同度可以證明顯微硬度程序的可靠性。
表4. 實(shí)驗(yàn)確定的Lemaitre損傷參數(shù)
方法/參數(shù)
斜率（）
裝載—卸載測試
0.0
0.34
0.206
0.6
顯微硬度測試
0.06
0.36
0.212
0.68
鳴謝
作者衷心感謝德維爾SA公司給予的技術(shù)支持。
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