一种用于测定钛合金高温拉伸缺口试样塑性应变的方法技术

本发明专利技术公开了一种用于钛合金缺口试样在高温复杂应力状态下应变测量的方法，具体为：采用打标机对钛合金原始板材进行网格预制，激光切割制备缺口试样；进行常规高温拉伸实验，初步确定钛合金高温拉伸工艺参数的范围，制定合理的成形温度和应变速率参数；对缺口试样表面喷涂防氧化剂；进行缺口试样高温单轴拉伸实验，实验完成后采用水淬冷却，清洗氮化硼，并在光学放大镜下对断口处网格进行测量计算等效塑性应变；在orgin软件中绘制断口处等效塑性应变云图分布；最后进行有限元拉伸模拟仿真，将两者断裂应变结果相互对比验证。本发明专利技术满足工程应用的批量化生产需求，提高生产效率，节约能源，并降低了钛合金损伤建模的制造成本。并降低了钛合金损伤建模的制造成本。并降低了钛合金损伤建模的制造成本。

【技术实现步骤摘要】
一种用于测定钛合金高温拉伸缺口试样塑性应变的方法


[0001]本专利技术涉及一种钛合金塑性成形工艺，属于金属板、型材加工领域，具体是一种用于测定钛合金高温拉伸缺口试样塑性应变的方法

技术介绍

[0002]为深入研究钛合金板料高温冲压成形中复杂的应力状态，常采用缺口试样在高温单向拉伸来模拟应力状态，但缺口试样的应变测量则是一个难题。
[0003]由于高温引伸计价格昂贵且使用寿命短，故亟需选择一种更为经济便捷的应变测量方法。
[0004]在钛合金高温成形温度700～800℃下，打标液(腐蚀液)可实现2～3小时不被氧化，能在高温拉伸试验结束后完整清晰的保存下来。

技术实现思路

[0005]为解决高温复杂应力状态下应变的测量，本专利技术采用网格法计算断口处等效塑性应变的方法解决现有技术中的问题，提出一种用于钛合金缺口试样在高温复杂应力状态下应变测量的方法，采用网格法对缺口试样进行测量。先进行网格预制，之后采用激光切割加工缺口试样，完成高温拉伸试样后进行应变计算，实现高精度、快速测量断裂应变的方法。该工艺满足工程应用的批量化生产需求，提高生产效率，节约能源，并降低了钛合金损伤建模的制造成本。
[0006]本专利技术是这样实现的：
[0007]一种用于测定钛合金高温拉伸缺口试样塑性应变的方法，其特征在于，所述的方法为采用网格法计算断口处等效塑性应变的方法，步骤如下：
[0008]步骤一、进行钛合金板材进行网格预制，采用激光切割制备缺口试样；
[0009]步骤二、完成常规拉伸试样，初步确定钛合金高温拉伸工艺参数的范围，制定成形温度和应变速率；
[0010]步骤三、选择合适的打标液(腐蚀液)在钛合金板材上印刷网格，之后用激光切割机切割缺口试样，对缺口试样的表面喷涂防氧化剂；需要选择合适的打标液(腐蚀液)，确保印制的网格足够深。
[0011]步骤四、装配高温拉伸缺口试样，之后完成缺口试样高温单轴拉伸实验并对断口处网格进行应变测量；
[0012]步骤五、在orgin软件中绘制断口处等效塑性应变(ε
e
)的云图分布；
[0013]步骤六、进行有限元拉伸模拟仿真，将两者断裂应变结果相互对比验证。
[0014]进一步，所述的步骤二中，应变速率采用大于超塑性拉伸，即大于0.01s
‑1，以此避免高温拉伸存在颈缩现象。
[0015]进一步，所述的步骤三中的氧化剂为氮化硼。在缺口试样上喷涂防氮化硼，并用暖风机烘干。
[0016]进一步，所述的步骤四中，在高温单轴拉伸实验完成后采用水淬冷却，并清洗防氧化剂；并且网格测量在光学放大镜下进行。
[0017]进一步，所述的步骤四中，在光学放大镜下对断口处网格进行测量计算等效塑性应变ε
e
，具体计算公式如(1)～(4)所示：
[0018]ε1＝l1/l0ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0019]ε2＝m1/m0ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0020]ε3＝t1/t0ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0021][0022]式中，ε1、ε2和ε3分别代表长、宽和厚度方向的应变，l1和l0则分别为单个网格变形后的长和未变形的长，单位：mm；m1和m0则代表单个网格在变形后的宽度和变形前的宽度，单位：mm；t1和t0则代表单个网格在变形后的厚度和变形前的厚度，单位：mm；ε
e
则是等效塑性应变值。
[0023]进一步，所述的步骤四中装配高温拉伸缺口试样具体为：
[0024]首先将缺口试样(6)通过上下设置的拉伸试样上固定螺栓(4)和拉伸试样下固定螺栓(9)连接安装在上固定板(5)、下固定板(7)之间；之后将上述装配好的试样放置在拉伸夹头中，即分别通过上固定杆(3)连接到拉伸装置上夹头(2)上、下固定杆(8)连接到拉伸装置下夹头(10)上；最后将上述装配好的整体置于加热炉(1)中。
[0025]进一步，所述的加热炉上、中、下三部位分别设置仿真热电偶，即上部热电偶(11)、中部热电偶(12)，下部热电偶(13)，加热炉采用三段式测温以实现温度的精整控制。
[0026]本专利技术与现有技术相比的有益效果在于：
[0027]本专利技术在钛合金高温拉伸条件下采用网格法测量应变，并结合有限元仿真进行对比验证，解决了钛合金高温成形损伤应变测量的难题，促进了损伤模型的建立，提高钛合金零件复杂成形精度和损伤预测，具有较高的工程价值。
[0028]充分运用网格法的优点，可快速测量钛合金的高温复杂应力状态下损伤应变，具有精度高等优点，对损伤模型建立具有重要的意义，提高钛合金零件复杂成形精度和损伤预测，具有较高的实用和经济价值。
[0029]本专利技术深入研究钛合金板料高温冲压成形中复杂的应力状态，解决了钛合金缺口试样的在高温复杂应力状态下应变测量的难题；
[0030]相比于传统的高温引伸计，其存在价格昂贵、寿命短、误差大等缺点，网格法不仅可以在高温下实现精确测量，更具有成本低廉的优势，同时解决了缺口试样应变测量的难题。并且相比于传统的高温引伸计，网格法可实现快速测量断裂应变。该工艺满足工程应用的批量化生产需求，提高生产效率，节约能源，具有精度高等优点，并降低了钛合金损伤建模的制造成本，同时也为其它合金材料高温复杂应力状态下加工提供指导性意见。
附图说明
[0031]图1是本专利技术用于测定钛合金高温拉伸缺口试样塑性应变的方法的工艺流程图；
[0032]图2是本专利技术实施例中高温拉伸试样具体尺寸图，单位：mm；
[0033]图3是本专利技术用于测定钛合金高温拉伸缺口试样塑性应变的方法中网格法测应变
工艺的具体示意图；
[0034]图4是本专利技术用于钛合金高温拉伸装置及加热装置简图；
[0035]图5是本专利技术实施例中缺口试样ANS2在高温拉伸下位移—力曲线；
[0036]图6是本专利技术实施例中缺口试样ANS2的断口处塑性应变云图分布；
[0037]图7是本专利技术实施例中缺口试样ANS2在有限元软件中断裂云图分布。
[0038]其中，1
‑
加热炉，2
‑
拉伸装置上夹头，3
‑
上固定杆，4
‑
拉伸试样上固定螺栓，5
‑
上固定板，6
‑
拉伸试样，7
‑
下固定板，8
‑
下固定杆，9
‑
拉伸试样下固定螺栓，10
‑
拉伸装置下夹头，11
‑
上部热电偶，12
‑
中部热电偶，13
‑
下部热电偶。
具体实施方式
[0039]为使本专利技术的目的、技术方案及效果更加清楚，明确，以下列举实例对本专利技术进一步详细说明。应当指出此处所描述的具体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于测定钛合金高温拉伸缺口试样塑性应变的方法，其特征在于，所述的方法为采用网格法计算断口处等效塑性应变的方法，步骤如下：步骤一、进行钛合金板材进行网格预制，采用激光切割制备缺口试样；步骤二、完成常规拉伸试样，初步确定钛合金高温拉伸工艺参数的范围，制定成形温度和应变速率；步骤三、选择打标液或腐蚀液在钛合金板材上印刷网格，之后用激光切割机切割缺口试样，对缺口试样的表面喷涂防氧化剂；步骤四、装配高温拉伸缺口试样，之后完成缺口试样高温单轴拉伸实验并对断口处网格进行应变测量；步骤五、在orgin软件中绘制断口处等效塑性应变(ε
e
)的云图分布；步骤六、进行有限元拉伸模拟仿真，将两者断裂应变结果相互对比验证。2.根据权利要求1所述的一种用于测定钛合金高温拉伸缺口试样塑性应变的方法，其特征在于，所述的步骤二中，应变速率采用大于超塑性拉伸，即大于0.01s
‑1，以此避免高温拉伸存在颈缩现象。3.根据权利要求1所述的一种用于测定钛合金高温拉伸缺口试样塑性应变的方法，其特征在于，所述的步骤三中的氧化剂为氮化硼。4.根据权利要求1所述的一种用于测定钛合金高温拉伸缺口试样塑性应变的方法，其特征在于，所述的步骤四中，在高温单轴拉伸实验完成后采用水淬冷却，并清洗防氧化剂；并且网格测量在光学放大镜下进行。5.根据权利要求1所述的一种用于测定钛合金高温拉伸缺口试样塑性应变的方法，其特征在于，所述的步骤四中，在光学放大镜下对断口处网格进行测量计算等效塑性应变ε
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【专利技术属性】
技术研发人员：冯瑞，陈明和，谢兰生，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：