GCr15轴承钢韧性断裂阈值研究.pdf

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1、·机械制造·刘向远，等·GCrl5轴承钢韧性断裂阈值研究GCrl5轴承钢韧性断裂阈值研究刘向远，郝南海(北京信息科技大学机电工程学院。北京100192)摘要：在金属韧性断裂的数值模拟中，韧性断裂准则阈值的选取对模拟结果的精度有非常大的影响。通过对GCrl5棒材试样进行单向拉伸、压缩试验，得到材料应力应变曲线及最大断面收缩率。通过有限元计算获得了三种常用韧性断裂准则的材料断裂阈值，研究结果可供进行GCrl5轴承钢断裂模拟研究时应用。关键词：断裂准则；韧性断裂阈值；拉伸试验中图分类号：TG142．33文献标志码：A文章编

2、号：1671—5276(2013)06—0015—03ResearchOnCriticalValueofGCr15DuctileFractureUUXiang．yuan．HA0Nan．hai(BeijingInformationScience&TechnologyUniversity，Beijing100192，China)Abstract：ltiSveryimportantforthenumericaIsimulationprecisionofmetaIduclilefracturetochooseitscdtic

3、aIvalue．ThemateriaIstress—。straincurveandthemaximumpementagereductionofareaareachievedaccordingtothetensileandcompressiontestofcol-umn．ThecriticaIvalueofthreekindsofductilefracturecriterionswhichwascommonlyusediSobtainedthroughthefiniteelementcalculation．Theres

4、ultsofthestudycanbeusedtosimulatetheGCr15fracture．Keywords：fracturecriterion：criticaIvalueofductilefracture；tensiletest制约因素因此很多学者对其进行了研究，以损伤理论为背0引言景，提出了相关的准则。各国学者在各种假设的基础上已经提出多种韧性断裂准则，下面是几种比较常用的积分韧金属的韧性断裂是指金属材料经过剧烈塑性变形后性准则。而发生的宏观断裂J。多数工艺过程把韧性断裂作为材1．1Cockcroft-L

5、atham模型料成形极限中的重要指标，准确预测金属零件成形时韧性断裂发生的时间和位置对金属塑性成形过程的工艺制定Cockcroft—Latham模型假设当最大法向应力沿着断和模具设计具有重要意义。裂等效应变路径积分达到材料的极值时发生断裂。定义研究材料的断裂一般是将断裂准则与有限元模拟相如下结合。现在用于描述材料韧性断裂行为的准则大都采用-d；=C(1)阈值(临界值)控制方法，即材料某处的破坏值超出阈值就认为该处材料发生断裂。由于金属的断裂与材料的性式中：为断裂时的等效应变；or为最大主应力；；为等质，变形历史和工艺

6、参数等因素有关，所以针对具体的断效应变；c为临界破坏值。裂过程，模拟时需要采用合理的断裂阈值从而预测起裂的时间和断裂位置。本文对GCr15棒材进行了拉伸和压缩1．2McClintock模型试验，结合有限元分析，求得GCrl5在常见的三种韧性断McClintock_4将空穴看成是变形体内部缺陷，忽略空裂准则中的合理阈值。穴之间的交互作用，研究了轴对称下和椭圆空穴的简单长大和聚合，提出了以下准则：1韧性断裂理论与断裂准则sin警卜从微观角度来说，材料在大变形下会出现损伤，伴随着微观空穴的增大和聚合，直至许多空穴聚集在一起

7、产生(2)裂纹，引起韧性断裂J。韧性断裂是一个非常复杂的过式中：Or为最大主应力；Or为最小主应力。程，与工艺参数密切相关，如压力、应变、应变速率、摩擦和1．3Rice&Tracy模型成形温度等，还与材料参数如应变硬化、空穴体积分数以及第二相粒子等有关．韧性断裂成为很多金属成形的一个Rice&Tracy[讨论了含孤立球形空穴材料在三向应作者简介：刘向远(1985一)，男，河北省秦皇岛市人，北京信息科技大学硕士研究生，研究方向为机械制造及其自动化。MachineBuilding留Automation，H2013，42(

8、6)：15-17·15··机械制造·刘向远，等·GCrl5轴承钢韧性断裂闽值研究力作用下的韧性断裂过程，并将该断裂过程的力学行为和几何特征在断裂准则中加以描述，因而该准则不但可以预测裂纹的萌生，还可以预测裂纹的扩展方向，但它也忽略空穴间的交互作用，准则如下：J~J量。e如=C(3)螽式中：为等效应力；为静水压力。2拉伸、压缩试验和物理参数的确定