CN104677706B - 一种变厚板等截面积单向拉伸实验试样的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变厚板等截面积单向拉伸试验试样的制备方法，其具体包括以下步骤：步骤1、对整块变厚板厚度分布进行测量，包括厚区厚度、薄区厚度以及过渡区厚度；步骤2、参照等厚板单向拉伸试验试样的制备标准，设计变厚板单向拉伸试验试样的夹持区长度、夹持区宽度以及夹持区到第一平行段(1)的过渡圆角半径；步骤3、选定厚区的第一平行段(1)的宽度；步骤4、选定厚区的第一平行段(1)宽度之后，计算出相应的截面积，即：通过厚区的第一平行段(1)宽度乘以相应的厚度；该方法能够使得试样尽量在过渡区内发生变形，以达到可以较为准确测定过渡区材料力学性能的目的，同时该方法制备的试样成本低，合格率高。

Description

一种变厚板等截面积单向拉伸实验试样的制备方法

技术领域

本发明属于连续变厚板(Variable Thickness Rolled Blanks,VRB)过渡区材料性能测试领域，具体涉及一种变厚板等截面积单向拉伸试验试样的制备方法。

背景技术

传统的材料性能试验中，主要包括单向拉伸、单向压缩、双向拉伸试验，与之相对应的应力场分别是单向拉力、单向压力、双向拉力。单向拉伸试验可以研究材料在不同应力状态下的反应，不论对于全面认识材料性能还是指导材料力学的科研与应用都具有较为重要的意义。

随着我国汽车保有量的增加，汽车用材也随之增加，当代汽车用材中用的最多的便是钢板。传统的车用板材是等厚的，因为其具有较多的优点，例如：加工工艺成熟，制备相对较为简单等，另一方面，等厚板也具有较为突出的缺点，尤其是在提出汽车轻量化的概念之后，等厚板尽管能满足强度刚度等要求，但很难实现轻量化的目的。随着科学技术的发展，新的板材制造工艺不断出现，近年来，激光拼焊板、连续变厚板相继出现，这样的板材既能满足汽车轻量化的要求，也可以满足汽车对板材强度和刚度的要求。但问题也随之而来，对于等厚板来说，等厚板单向拉伸试验的试样已经有相应的国标《GB/T_228-2010_金属材料_拉伸试验_室温试验方法》。在国标中，对于试样的尺寸给出了相当详细的描述。而对于变厚板，由于其存在一个过渡区，所以单向拉伸试样的制备不同于等厚板单向拉伸试验试样的制备，却也没有相应的标准来指导变厚板单向拉伸试验试样的制备。

对于变厚板单向拉伸试验试样的制备，很多学者已经做出了大量的研究，如张华伟《轧制差厚板成形性能研究》，李艳华《影响TRB单向拉伸的几何参数研究》。但做出的试样其变形还是不能集中到过渡区，在拉伸试验刚开始时刻，试样的变形便集中在薄区，因此对于获取过渡区的材料性能有很大的阻碍，综上，亟需提出一种变厚板单向拉伸试验试样制备的新方法，解决现有变厚板单向拉伸试验试样存在的问题，使其变形尽量集中在过渡区，这样更加有利于获得过渡区的材料性能。

发明内容

本发明针对现有变厚板单向拉伸试验试样存在的不足，提出一种过渡区等截面积试样的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：一种变厚板等截面积单向拉伸试验试样的制备方法，具体包括以下步骤：

步骤1、对整块变厚板厚度分布进行测量，包括厚区厚度、薄区厚度以及过渡区厚度；

步骤2、参照等厚板单向拉伸试验试样的制备标准，即《GB/T_228-2010金属材料拉伸试验室温试验方法》设计变厚板单向拉伸试验试样的夹持区长度、夹持区宽度以及夹持区到第一平行段的过渡圆角半径；

步骤3、选定厚区的第一平行段的宽度；

步骤4、选定厚区的第一平行段宽度之后，计算出相应的截面积，即：标距宽度换为厚区的第一平行段宽度乘以相应的厚度；

步骤5、在步骤4中确定了相应的截面积后，用截面积除以另一侧薄区的厚度得到相应的另一侧薄区的第一平行段的宽度；

根据截面积相等计算出另一侧薄区的第一平行段的宽度；

步骤6、选定厚区的第二平行段的宽度；

步骤7、选定厚区的第二平行段宽度之后，计算出相应的截面积，即：第二平行段2宽度乘以相应的厚度；

步骤8、在步骤7中确定了相应的截面积后，用截面积除以另一侧的薄区厚度得到相应的另一侧薄区的第二平行段的宽度；

步骤9、根据以上步骤确定的尺寸，确定过渡区宽度连续变化的等截面积变厚板单向拉伸试样整体的外形尺寸。

进一步地本发明还提供了一种变厚板等截面积单向拉伸试验试样的制备方法，其具体包括以下步骤：

步骤1、对整块变厚板厚度分布进行测量，包括厚区厚度、薄区厚度以及过渡区厚度；

步骤2、参照等厚板单向拉伸试验试样的制备标准，即《GB/T_228-2010金属材料拉伸试验室温试验方法》设计变厚板单向拉伸试验试样的夹持区长度、夹持区宽度 以及夹持区到第一平行段的过渡圆角半径；

步骤3、选定薄区的第一平行段的宽度，

步骤4、选定薄区的第一平行段的宽度后，计算出相应的截面积，即：薄区的第一平行段的宽度乘以相应的厚度；

步骤5、在步骤4中确定了截面积后，用截面积除以另一侧的厚区厚度得到相应的另一侧厚区的第一平行段的宽度；

步骤6、选定薄区的第二平行段的宽度；

步骤7、选定薄区的第二平行段宽度之后，计算出相应的截面积，即：薄区的第二平行段2宽度乘以相应的厚度；

步骤8、在步骤7中确定了相应的截面积后，用截面积除以另一侧厚区的厚度得到相应的另一侧厚区的第二平行段的宽度；

步骤9、根据以上步骤确定的尺寸，确定过渡区标距连续变化的等截面变厚板单向拉伸试样整体的外形尺寸。

本发明的有益效果在于：在做单向拉伸试验时，试样能够尽量在过渡区内发生变形，以达到可以较为准确测定过渡区材料力学性能的目的，同时该方法制备的试样成本低，合格率高，利用该试样进行试验，极大地提高了试验成功率和试验的效率。

附图说明

图1变厚板示意图；

图2变厚板厚区、薄区以及过渡区厚度测量图；

图3试样各区域示意图；

图4变厚板等截面单向拉伸试验试样几何尺寸图；

图5等截面积试样过渡区上点的应力-塑性应变图；

图6一般试样过渡区上点的应力-塑性应变图。

具体实施方式

以下将结合说明书附图1-6和具体实施例对本发明作详细说明。

本发明提供了一种变厚板等截面积单向拉伸试验试样的制备方法，其具体包括以下步骤：

步骤1、对整块变厚板厚度分布进行测量：厚区厚度、薄区厚度以及过渡区厚度，该实施例中用到的变厚板板料整体尺寸为1000*400mm。

如图1所示为整块变厚板，其包括厚区、薄区以及过渡区。该步骤中对整块变厚板板料要截取试样的厚度分布进行测量，用到的测量工具是卡规，为保证测量数据的准确性，在薄区、厚区以及过渡区均采用多点测量，再求平均值的方法。

如图2所示：测量厚区和薄区厚度时沿轧制方向及垂直轧制方向分别等间距取5个点，两点间距为5mm，测量每个点处的厚度值，测量过渡区厚度时在两边分别等间距取5个点，两点间距为5mm，测量每个点的厚度值测量完后进行数据处理，最终得到变厚板厚区厚度即：厚区13个点求平均值为1.85mm，薄区厚度即薄区13个点求平均值为1.1mm，过渡区厚度编号1、2、3、4、5每个对应上下两个点求平均的过渡区厚度分布如下表(从厚区依次到薄区)：

步骤2、参照等厚板单向拉伸试验试样的制备标准，即《GB/T_228-2010_金属材料_拉伸试验_室温试验方法》设计变厚板单向拉伸试验试样的夹持区长度、夹持区宽度、夹持区到第一平行段1的过渡圆角半径；

该步骤中，参照等厚板单向拉伸试验试样的制备标准进行设计计算，等厚板单向拉伸试验试样标准是《GB/T_228-2010_金属材料_拉伸试验_室温试验方法》其中表B.1给出了矩形横截面比例试样尺寸，表B.2给出了矩形横截面比例试样尺寸。参照这些给出的试样尺寸，确定变厚板单向拉伸试验试样的夹持区长度、夹持区到第一平行段1的过渡圆角半径；

其中：本发明中的试样包含两类平行段，在这里为了说明方便，将它们分别记为第一平行段1、第二平行段2，如图3所示：第一平行段1代表两端与过渡圆角直接相连的平行区域，第二平行段2代表两端与过渡区直接相连的平行区域。如图3所示，在本发明的具体实施例中，两端夹持区宽度为30mm，夹持区长度为35mm，夹持区到第一平行段1的过渡圆角半径为25mm，第一平行段1到第二平行段2的过渡圆角半径为8mm；其相应的位置如图中黑色线框所示。

步骤3、参照等厚板单向拉伸试验试样的制备标准，选定薄区的第一平行段1的宽度；

本实施例中先选定薄区的第一平行段1的宽度为13.46mm，

步骤4、选定薄区的第一平行段1的宽度后，计算出相应的截面积，即：薄区的第一平行段1的宽度乘以相应的厚度；

步骤3中薄区的第一平行段1的宽度为13.46mm，因此相应的面积为13.46*1.1＝14.806mm²，

步骤5、在步骤4中确定了截面积后，用截面积除以另一侧的厚区厚度得到相应的另一侧厚区的第一平行段1的宽度；

步骤3中截面积为14.806mm²，因此与之相应的另一侧厚区的第一平行段1的宽度为14.806/1.85＝8.0032mm，取8mm。

步骤6、参照等厚板单向拉伸试验试样的制备标准选定薄区的第二平行段2的宽度；

本实施例中先确定薄区的第二平行段2的宽度，等厚板单向拉伸试验试样标准《GB/T_228-2010_金属材料_拉伸试验_室温试验方法》中有一系列标距宽度数据，由于本实施例中试样是非标准，因此根据相关文献及经验，在本实施例中选择薄区的第二平行段2的宽度为12.5mm。

步骤7、选定薄区的第二平行段2宽度之后，计算出相应的截面积，即：薄区的第二平行段2宽度乘以相应的厚度；

在步骤1中已经测得薄区厚度为1.1mm，步骤4中也确定了薄区的第二平行段2宽度为12.5mm，所以可以得出截面积为1.1*12.5＝13.75mm²。

步骤8、在步骤7中确定了相应的截面积后，用此截面积除以另一侧厚区的厚度便可以得到另一侧厚区的第二平行段2的宽度；

步骤7中计算得到了薄区的截面积为13.75mm²，在步骤1中也测得了厚区的厚度为1.85mm，所以厚区的第二平行段2的宽度为13.75/1.85＝7.4324mm，保留两位小数为7.43mm。

步骤9、将以上获得的各个尺寸综合，即能够得到过渡区标距连续变化的等截面变厚板单向拉伸试样整体的外形尺寸；

如图4所示：两端夹持区宽度为30mm，夹持区长度为35mm，夹持区到平行区的 过渡圆角半径为25mm，薄区和厚区的第一平行段1宽度分别为13.46mm和8mm，薄区和厚区的第二平行段2宽度分别为12.5mm和7.43mm。

需要指出的是上述设计中未涉及第一平行段1与第二平行段2具体的长度尺寸，这是因为这两类平行段的长度对试样最终要达到的效果影响较小，两类平行段长度可以各占总尺寸减掉夹持区、过渡圆角、第二平行段2到第一平行段1的小圆角尺寸后的一半。

对按上述设计尺寸加工的变厚板试样以及标准尺寸试样进行拉伸试验，两种试样最终断裂的位置差不多是一致的。但是他们各自过渡区上位置基本相同的点的变形是不同的，如图5、6所示：在图5中过渡区各点的塑性变形都比图6中各点的塑性变形有提高。这说明等截面积单向拉伸试样比变厚板一般试样在过渡区内的变形要均匀一些。

变厚板一般单向试样拉伸试验仿真结果与等截面积单向拉伸试验仿真结果显示，对于变厚板一般试样来说，拉伸仿真刚刚开始时，变形就集中在变厚板的薄区，这样得到的材料性能只能表征薄区的材料性能，而不是过渡区的材料性能，对于等截面积试样来说，其变形集中在过渡区，直到产生较大应变时才会产生集中。因此与一般的变厚板试样相比较，按照本发明制造的试样可以更好的测量过渡区的材料性能。另外，仿真的结果跟试验得到的结果也是较为吻合的。

在试件试验过程中，如果最后的断裂仍然是集中到一端，这样的话不能较好的确定拉伸的曲线是哪个位置的曲线，为解决这个问题可以继续改变试样各部分的尺寸，这样进一步完善本发明。直至断裂位置位于过渡区中间位置或是试验者想要的断裂位置为止。

Claims (2)

1.一种变厚板等截面积单向拉伸试验试样的制备方法，其具体包括以下步骤：

步骤1、对整块变厚板厚度分布进行测量，包括厚区厚度厚区厚度、薄区厚度以及过渡区厚度；

步骤2、参照等厚板单向拉伸试验试样的制备标准，即《GB/T_228-2010金属材料拉伸试验室温试验方法》设计变厚板单向拉伸试验试样的夹持区长度、夹持区宽度以及夹持区到第一平行段(1)的过渡圆角半径；

步骤3、选定厚区的第一平行段(1)的宽度；

步骤4、选定厚区的第一平行段(1)宽度之后，计算出相应的截面积，即：通过厚区的第一平行段(1)宽度乘以相应的厚度；

步骤5、在步骤4中确定了相应的截面积后，用截面积除以另一侧薄区的厚度得到相应的另一侧薄区的第一平行段(1)的宽度；

步骤6、选定厚区的第二平行段(2)的宽度；

步骤7、选定厚区的第二平行段(2)宽度之后，计算出相应的截面积，即：第二平行段(2)宽度乘以相应的厚度；

步骤8、在步骤7中确定了相应的截面积后，用截面积除以另一侧的薄区厚度得到相应的另一侧薄区的第二平行段(2)的宽度；

步骤9、根据以上步骤确定的尺寸，确定过渡区宽度连续变化的等截面积变厚板单向拉伸试样整体的外形尺寸。

2.一种变厚板等截面积单向拉伸试验试样的制备方法，其具体包括以下步骤：

步骤1、对整块变厚板厚度分布进行测量，包括厚区厚度、薄区厚度以及过渡区厚度；

步骤2、参照等厚板单向拉伸试验试样的制备标准，即《GB/T_228-2010金属材料拉伸试验室温试验方法》设计变厚板单向拉伸试验试样的夹持区长度、夹持区宽度以及夹持区到第一平行段(1)的过渡圆角半径；

步骤3、选定薄区的第一平行段(1)的宽度，

步骤4、选定薄区的第一平行段(1)的宽度后，计算出相应的截面积，即：薄区的第一平行段(1)的宽度乘以相应的厚度；

步骤5、在步骤4中确定了截面积后，用截面积除以另一侧的厚区厚度得到相应的另一侧厚区的第一平行段(1)的宽度；

步骤6、选定薄区的第二平行段(2)的宽度；

步骤7、选定薄区的第二平行段(2)宽度之后，计算出相应的截面积，即：薄区的第二平行段(2)宽度乘以相应的厚度；

步骤8、在步骤7中确定了相应的截面积后，用截面积除以另一侧厚区的厚度得到相应的另一侧厚区的第二平行段(2)的宽度；

步骤9、根据以上步骤确定的尺寸，确定过渡区标距连续变化的等截面变厚板单向拉伸试样整体的外形尺寸。