CN114279829A

CN114279829A - 淬火配分钢高速拉伸曲线的检测方法

Info

Publication number: CN114279829A
Application number: CN202111392148.0A
Authority: CN
Inventors: 王连轩; 张龙柱; 韩健; 杨西鹏; 牛月鹏; 李晓广; 张东凯; 王丰
Original assignee: Handan Iron and Steel Group Co Ltd; HBIS Co Ltd Handan Branch
Current assignee: Handan Iron and Steel Group Co Ltd; HBIS Co Ltd Handan Branch
Priority date: 2021-11-19
Filing date: 2021-11-19
Publication date: 2022-04-05

Abstract

本发明公开了一种淬火配分钢高速拉伸曲线的检测方法，其方法步骤为：（1）检测所述淬火配分钢材料的拉伸性能，获得材料的抗拉强度

和最大力总延伸率

；（2）对材料的高速拉伸试样进行预拉伸，预拉伸的延伸率

的范围为0.02～0.8*

；（3）所述步骤（2）预拉伸后的高速拉伸试样进行高速拉伸实验，即可得到所述淬火配分钢的高速拉伸曲线。本方法通过对高速拉伸试样进行预拉伸，获得应变强化，然后进行淬火配分钢高速拉伸曲线实验，更加符合零件实际的应变状态，从而使得最终测量的高速拉伸曲线更接近零件实际的高速拉伸性能；具有检测快速准确的特点，为汽车轻量化结构设计、选材优化、提高车身安全性提供更为准确的指导作用。

Description

淬火配分钢高速拉伸曲线的检测方法

技术领域

本发明属于合金检测领域，尤其是一种淬火配分钢高速拉伸曲线的检测方法。

背景技术

汽车轻量化是汽车发展的一个趋势。相关资料表明，汽车自重每减轻10％，燃料消耗可降低6％-8％，即汽车轻量化具有节能环保的双重效果。由于汽车的安全性直接体现在车身撞击过程中吸收撞击能量的能力及对乘员的保护程度，而撞击过程中材料的变形是一个高应变速率的动态响应，同时由于材料加工成零件后产生了应变强化，对材料性能也有一定的影响，尤其对于淬火配分钢，由于其较高的应***化指数，因此在进行高应变速率测试时，应考虑材料的应***化。通过研究应变强化对高速拉伸性能的影响，对汽车轻量化结构设计、选材优化、提高车身安全性具有指导作用。

淬火配分钢是一种第三代先进高强度钢，相对于第一代和第二代高强度钢，淬火配分钢具有较高的强塑性，因此在汽车车身上的应用前景广阔。淬火配分钢为铁素体、马氏体和残余奥氏体的混合组织，其中较硬的马氏体基体具有较高的强度，而残余奥氏体属于较软相，并在塑性变形过程中逐步转变为马氏体，即称为相变诱发塑性，同时淬火配分钢强度得到大幅提升。因此，采用QP钢生产的零件，经冲压产生应变，其强度也得到大幅提高，为准确反映实际零件的性能，需要考虑应变对材料力学性能的影响。

高速拉伸曲线用于表征材料在动态载荷下力学性能，是***研究材料力学性能及变形行为与应变速率相关性的重要手段。传统测量高速拉伸曲线的方法是直接利用原材料制作的试样进行实验，按照不同的拉伸速率，分别进行测量，得到不同拉伸速率下材料应力与应变的原始数据，最终通过合适的本构模型，将数据拟合成曲线。因为普通高强钢应变强化较小，因此在传统测量方法中往往忽略这些硬化。但是淬火配分钢应变强度很大，5％应变强化可以达到300MPa。因此，在测量淬火配分钢高速拉伸曲线过程中，必须考虑该材料的应变强化，传统的测量方法已经无法满足要求，必须探索出一种新的测量方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种更能反映实际零件性能的淬火配分钢高速拉伸曲线的检测方法。

为解决上述技术问题，本发明所采取的方法步骤为：(1)检测所述淬火配分钢材料的拉伸性能，获得材料的抗拉强度R_m和最大力总延伸率A_t；

(2)对材料的高速拉伸试样进行预拉伸，预拉伸的延伸率e_b的范围为0.02～0.8*A_t；

(3)所述步骤(2)预拉伸后的高速拉伸试样进行高速拉伸曲线实验，即可得到所述淬火配分钢的高速拉伸曲线。

本发明所述步骤(1)中，在0.01/s～1/s应变速率下检测拉伸性能。

本发明所述步骤(2)中，预拉伸的应变速率为0.01/s～1/s。

本发明所述步骤(3)中，通过下述本构方程(A)拟合得到高速拉伸曲线的应变强化系数s和应***化指数c；

σ＝s*(ε_p+ln(1+e_b))^c (A)；

式中：

σ为真实应力，单位MPa；

ε_p为真实塑性应变，单位1；

s为应变强化系数，单位MPa；

c为应***化指数，单位1。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：由于淬火配分钢应变过程中产生强度相变强化，因此该材料加工后的零件强度要原高于材料原始的强度；本发明通过对高速拉伸试样进行预拉伸，获得应变强化，然后进行淬火配分钢高速拉伸曲线实验，更加符合零件实际的应变状态，从而使得最终测量的高速拉伸曲线更接近零件实际的高速拉伸性能。本发明具有检测快速准确的特点，所得曲线能更准确反映实际零件的性能，为汽车轻量化结构设计、选材优化、提高车身安全性提供更为准确的指导作用。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明的实施例1所得高速拉伸曲线图。

具体实施方式

本淬火配分钢高速拉伸曲线的检测方法的工艺步骤为：(1)本方法适用于HC600/980QP、HC820/1180QP、HC950/1300QP等淬火配分钢；首先检测所述淬火配分钢材料准在0.01/s～1/s应变速率下的拉伸曲线；获得材料的抗拉强度R_m和最大力总延伸率A_t。

(2)淬火配分钢作为冷冲压材料，为保证冲压正常成形，不发生缩颈现象，保证一定的成形安全裕度，因此取预拉伸的延伸率e_b应不大于0.8*A_t；同时为保证零件充分变形，减小回弹量，延伸率通常不小于0.02；因此材料预拉伸的延伸率e_b范围为0.02～0.8*A_t。可以结合零件实际的变形量，在0.02～0.8*A_t范围内确定预拉伸的延伸率e_b。

(3)所述淬火配分钢材料制作成高速拉伸试样。利用拉伸试验机，对高速拉伸试样进行单向拉伸，当材料等效应变达到步骤(2)所述预拉伸的延伸率e_b后，停止加载；得到预拉伸试样。拉伸应变速率应考虑实际成形过程中的材料应变速率，应变速率选自0.01/s～1/s。

(4)所述预拉伸试样进行高速拉伸曲线实验；所述高速拉伸曲线实验为进行若干个不同速率的高速拉伸实验，最好进行0.001/s、0.1/s、1/s、10/s、100/s、500/s和1000/s应变速率的高速拉伸实验；获得不同应变速率的真实应力σ、真实塑性应变ε_p曲线。

(5)将不同速率的曲线，利用下述本构方程(A)拟合得到高速拉伸曲线；

σ＝s*(ε_p+ln(1+e_b))^c (A)；

式中：

σ为真实应力，单位MPa；

ε_p为真实塑性应变，单位1；

s为应变强化系数，单位MPa；c为应***化指数，单位1；

通过本构方程(A)的拟合获得s、c的数值。

实施例1-6：本淬火配分钢高速拉伸曲线的检测方法采用下述具体工艺。

(1)材料的拉伸性能：检测所述淬火配分钢材料在0.01/s～1/s应变速率下的拉伸曲线，获得材料的屈服强度、获得材料的抗拉强度R_m和最大力总延伸率A_t。各实施例的检测结果见表1。

表1：拉伸性能检测结果

(2)预拉伸：所述淬火配分钢材料制作成高速拉伸试样，在预拉伸的延伸率e_b在0.02～0.8*A_t范围内进行预拉伸。实施例预拉伸的延伸率e_b的范围以及选取的具体延伸率e_b见表2。

表2：预拉伸的延伸率的范围以及延伸率

(3)高速拉伸曲线实验：所述预拉伸试样进行高速拉伸曲线实验，进行0.001/s、0.1/s、1/s、10/s、100/s、500/s和1000/s速率的高速拉伸实验；记录各速率的真实塑性应变ε_p和真实应力σ数据对，以实施例1为例进行说明，结果见表3。

表3：实施例1高速拉伸曲线实验结果

(4)将不同速率的曲线，利用上述本构方程(A)拟合得到高速拉伸曲线。以实施例1为例进行说明，拟合的参数见表4；实施例1所得高速拉伸曲线见图1，图中曲线，从下到上依次为0.001/s、0.1/s、1/s、10/s、100/s、500/s和1000/s速率下的曲线。

表4：实施例1拟合的参数

序号	应变速率	s	c
				1	0.001/s	1545.2	0.16
2	0.1/s	1583	0.16
				3	1/s	1614.8	0.155
4	10/s	1639.7	0.155
				5	100/s	1672.2	0.155
6	500/s	1696.4	0.15
				7	1000/s	1776.2	0.15

(5)将实施例1所得的高速拉伸性能和未经预拉伸所得的高速拉伸性能分别作为材料的性能数据输入碰撞仿真软件，计算帽形梁碰撞过程中的压溃位移和吸收能，并计算两者仿真结果与实验值的误差；经统计，本未预拉伸时，仿真结果与实验值的压溃位移误差在6％左右、能量吸收误差在5％左右；采用本方法进行预拉伸后，仿真结果与实验值的压溃位移误差在2％左右、能量吸收误差在3％左右；其中实施例1的验证结果见表5。

表5：实施例1效果验证

由表5可见，采用实施例1所得的高速拉伸性能进行碰撞仿真分析，仿真结果与实验值的误差更低。