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1、低碳钢的厚向拉伸试验摘要:设计实验研究材料厚向拉伸性能,分别对20#钢做横向拉伸和厚向拉伸试验,预测其拉伸曲线及结果,厚向拉伸时,材料的抗拉强度和屈服强度都小于横向拉伸,可以预测该材料在厚向拉伸时的力学性能最差。关键词:20#钢;厚向拉伸引言冲压工艺广泛应用于汽车、拖拉机、航空、电器、仪器仪表构件,以及各种金属制品的成形加工。所用坯料大多是板料或带状条料,这些材料经轧制一般具有纤维组织特征。所谓纤维组织,是指金属锭料冷凝后,经过热变形加工,其内部的夹杂物(大多分布于晶界上)和枝晶偏析沿金属的流动方向被拉长成
2、连续或断续的流线状的一种组织,在低倍显微镜下观察呈纤维状[1]。纤维组织的存在,使金属材料的力学性能具有明显的各向异性,即平行纤维方向的强度、塑性及韧性高于垂直纤维方向相应的性能,特别是塑性及韧性相差较大,这种具有正交各向异性的材料,沿着不同的纤维方向拉伸有不同的拉伸力学性能。纤维组织的稳定性极高,不随回复和再结晶而消失,往往也不受热处理工艺的左右,因而对机械零件的使用性能和加工工艺产生不可忽视的影响。在机械制造中,很多质量问题和工艺技术问题与纤维组织有关,在生产实践中必须注意正确考虑材料的纤维方向。以往关
3、于金属纤维对材料拉伸性能的影响研究,主要在纤维方向和拉伸方向在同一平面内的横向拉伸和纵向拉伸这两个方面,关于类似厚向拉伸概念及其性能的报道,鲜为见之。为从三维方向认识金属纤维对拉伸性能的影响,本文在提出厚向拉伸概念的同时,试采用20#钢进行拉伸试验研究,预测了厚向拉伸与横向拉伸时的拉伸力学性能。1厚向拉伸板料的拉伸试验,即单向拉伸试验,应用拉伸试验方法,可以得到许多评定板材冲压性能的试验值,因此在实际中的应用十分普遍[2]。研究力学性能各向异性的程度,通常是通过进行不同取向的单向拉伸试验予以说明,当拉伸方向
4、与纤维方向平行时,称为纵向拉伸,拉伸方向与纤维方向垂直时,称为横向拉伸,对于各项异性材料还具有另外一些情况,即拉伸方向与纤维方向异面正交时,称为厚向拉伸,如图1所示。图1拉伸示意图a)纵向拉伸;b)横向拉伸;c)厚向拉伸Fig1Schematicdiagramoftension在拉伸试验时,利用测量装置测量拉伸力F与拉伸行程△L,可以在F与△L坐标系中得到拉伸力F随伸长值而变化的曲线F—△L曲线,该曲线称为拉伸曲线,如图2所示,图中A点为屈服点,为屈服强度,B点载荷最大,对应的为抗拉强度。不同的材料具有不同
5、的拉伸曲线,同一材料随着状态的不同,拉伸曲线也不相同。对于各向异性材料,拉伸取向不同,拉伸曲线也不一样,如TA2板单向拉伸应力应变曲线,随着取向角的不同而不同[3]。图2拉伸曲线Fig2Tensilecurve2拉伸试验试验按照GB/T228—2002标准,根据纤维取向,由原供应状态Q235棒料,经线切割加工成横向和厚向拉伸试样,试样及拉伸机如图3所示,试验在室温下进行,试验获得的拉伸曲线如图4、图5所示,分别对试样进行6次实验,取试验平均数据列于表1。3预测数据表1拉伸试验数据对照表Tab1Thecomp
6、arisonoftensiletestdata厚向拉伸横向拉伸弹性起点受力/N40526177弹性终点受力/N1012914698弹性终点位移/mm0.8391.147下屈服受力/N1836819717下屈服位移/mm1.4991.566上屈服受力/N1838519991上屈服位移/mm1.4891.552最大力/N3585437934最大力位移/mm9.2478.6604分析与结论一般而言,正交各向异性材料的纵向拉伸力学性能要优于横向拉伸,如20MnVB钢按纤维组织分布横向取样的力学性能明显低于纵向试样,
7、其中强度指标差别较小,塑韧性差别较大,冲击韧性可相差295%[4]。铝合金中存在大量的化合物,在塑性变形中,当沿某一个方向变形程度很大时,这些化合物便沿主伸长方向呈条状或者是链状分布,形成纤维组织,并引起性能的各向异性,即顺着纤维方向性能较高;横着纤维方向性能较低[5]。以往普遍认为,各向异性材料在横向拉伸时的力学性能最差,但从本试验预测结果可知,20#钢在厚向拉伸时的屈服强度和抗拉强度,都明显小于横向拉伸,即该材料的厚向拉伸力学性能,相比横向拉伸时差。参考文献[1]王贤涛.金属材料纤维组织对零件使用性能及
8、加工工艺的影响[J].机械工程材料,1998.(12):53-54[2]卢险峰.冲压工艺模具学[M].北京:机械工业出版社,2006[3]任家陶,陈积光.板材不同取向的单向拉伸试验研究[J].湘潭大学自然科学报,2000.(3):80-83[4]于英华,李智超,段晓刚.金属纤维组织对MnVB钢力学性能的影响[J].辽宁工程技术大学学报,2001.(2):93-95[5]吕炎.锻件组织性能控制[M].北京:国防工业
