冷轧薄板加工硬化指数及塑性应变比的测定及分析

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1、冷轧薄板加工硬化指数及塑性应变比的测定及分析黄微涛向浪涛张丽萍（重钢股份公司钢研所)摘要：测定重钢生产的St14/SPCE的n值、r值，对试验结果进行分析，研究n值、r值在整个应变区间的变化趋势。关键词：深冲薄板n值r值SPCESt14MeasurementandAnalysisofWorking-hardeningIndexandPlasticStrainRatioforDeepStampingSheetAbstract:MeasurethenandrofSt14/SPCEproducedbyChong

2、gangSteelco.LTD,analysizethevalues,researchthevariationtrendofnandrinthewholestraininterval.Keywords:Deepstampingsheet,n,r,SPCESt14前言众多研究表明，断后宽度缩减率、冲压开裂率、极限深拉比、孔径伸长率是表征材料深冲塑性的主要指标。同时薄板材的加工硬化指数（n值）、塑性应变比（r值）又与以上指标有着良好的对应关系：随着r值的增加，断后宽度缩减率也明显增加，而冲压开裂率明显降低；n

3、、r值越大，汽车专用板材的深冲性能越好，极限深拉比越高；孔径伸长率伴随着r值的增加而提高[1]。公司冷轧薄板厂在开发SPCE、St14深冲板初期，因缺少必要的检测手段未能开展n、r值的有关研究，常出现产品冲压性能不稳定，成型性能较差，并伴随出现冲压开裂的质量异议。为此，钢研所与薄板厂共同确定了在钢研所补充少量的检测手段，将n值、r值的测定工作开展起来，这为深冲薄板的n、r值的研究创造了必要条件。1试验原理1.1塑性应变比r值对试样进行拉伸实验，测试制定塑性应变水平下长度和宽度变化，应变水平应超过屈服延伸阶

4、段，并低于最大力时的塑性应变量。在单轴拉伸应力作用下，试样宽度方向真实塑性应变和厚度方向真实塑性应变的比为r值。即r=/（1）式中㏑(/)，为宽度方向真实塑性应变；=㏑(/)，为厚度方向真实塑性应变。由于长度的变形量比厚度的变形量测量更容易、更精确，在塑性变形深长量不超过最大力对应的塑性伸长量范围内，由体积不变原理得到下式计算r值。r=㏑(/)/㏑(/)（2）式中为试样进行制定应变后的标距、为试样进行制定应变后的宽度、为试样原始标距、为试样原始宽度[2]。1.2应变硬化指数n值试样在均匀塑性变形范围内以规

5、定的恒定速率轴向拉伸变形。用整个均匀塑性变形范围的应力—应变曲线，或用均匀塑性变形范围的应力—应变曲线的一部分计算拉伸应变硬化指数n值。在单轴拉伸力作用下，真实应力与应变数学方程式中的真实应变指数可表示为（3）式中，为真实应力，真实应变[3]。2试验方法试验材料确定为SPCE、St14钢种上，原料厂家为八钢和攀钢，产品厚度主要为1.0mm和0.8mm。图1应力—应变曲线注：曲线1为长度方向应变，曲线2为宽度方向应变。此外，为比较材料塑性应变的各项异性情况，需要测定与轧制方向成0°、45°、90°方向试样的

6、r、n值。采用单轴拉伸试样方法，利用横向、纵向引伸计对试样宽度、长度方向应变进行测量，并自动绘制材料的应力—应变曲线，如图1。在均匀塑性变形阶段下，根据引伸计采集到的试样达到规定应变下数据，利用n、r值计算公式，自动计算出不同应变下的n、r值，以评价材料的成型性能。3测定结果及分析3.1试样宽度精度的影响由于采用引伸计进行测定，试样的宽度精度对测试结果影响明显，具体见表1，从表中数据可发现，当标距内试样宽度有差异时，r值差别较大，n值基本不变化。当试样宽度在0.2mm波动范围，不同变形量下r值波动范围从0

7、.214到0.899，说明试样宽度的波动对材料塑性应变比的测试结果影响明显，而对加工硬化指数n值基本无影响。表1试样宽度精度与n、r值的关系试样方向钢号厚度/mm宽度/mmr3%r5%r8%n15-20%90°St140.812.82.2592.2212.8010.23290°St140.812.92.0452.0332.0290.23290°St140.813.02.1721.9781.9020.235波动范围0.2140.2430.8990.003因此，在现有设备条件下，采用集中加工，提高剪切精度、减

8、少磨床加工余量的方法，以减小宽度偏差，提高试样宽度精度。从对宽度的测试情况来看，宽度12.5mm试样，实际宽度控制在12.7-13.0mm。3.2试样厚度的影响取相同方向，以0°方向为例，不同厚度的SPCE试样比较其r、n值的差异，见表2。从表中看出，同宽度下厚度从0.8mm增大到1.0mm，相同变形量下的n、r值均出现不同程度降低。表2厚度与n、r值的关系试样方向钢号厚度/mm宽度/mmr3%r5%r8%r10%r15%r2