一种管材环向的厚向异性系数直接测定方法
【专利摘要】一种管材环向的厚向异性系数直接测定方法，它涉及一种管材环向变形性能的测定方法，以解决现有的实验方法无法直接测定环向和轴向性能差异明显的管材环向的厚向异性系数，进而无法全面、准确描述具有各向异性特征管材的变形性能的问题，所述厚向异性系数直接测定方法的主要步骤是：步骤一、从待测管材上截取环状坯料并制备成环形拉伸试件；步骤二、将待测环形拉伸试件装夹在试验模具上，并连接好变形测量单元，进行环向拉伸实验；步骤三、根据记录的轴向和环向应变数据，得到待测管材的环向厚向异性系数。本发明用于管材的厚向异性系数测定。
【专利说明】一种管材环向的厚向异性系数直接测定方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种管材环向变形性能的测定方法，具体涉及一种管材环向的厚向异性系数直接测定方法。
【背景技术】
[0002]在利用截面为圆形的管坯成形复杂管状零件时，常需要根据材料的性能来制定具体成形工艺。对于以胀形变形为主的情况(如管材内高压成形)，管材主要发生直径变大、环向伸长的变形。此时，管材的环向力学性能，诸如屈服强度、抗拉强度、延伸率以及应变硬化指数等是确定胀形压力、胀形速率等工艺参数的重要基础。此外，对于胀形变形量较大的情况，还需要关注管材的环向变形性能，特别是管材在胀形变形过程中的壁厚减薄趋势。因为壁厚减薄越快，管材越容易发生破裂。管材环向的壁厚减薄趋势可以用环向厚向异性系数，即r值来表征。环向厚向异性系数越大，说明胀形时壁厚越不容易减薄，管材越不容易破裂，反之亦然。
[0003]为确定管材的环向力学性能，目前主要采用传统的平板试样单向拉伸的实验方法，即从待测试管材上截取环形试样并展平，然后按平板试样的测试标准制备试样并进行测试。这种方法简单易行，有现成的实验标准供参考，所以常被采用。但是，由于这种方法需要将初始呈环形的试样展平后再进行测试，展平过程将对测试结果产生无法估计的影响。
[0004]为了更为准确地获得管材环向的力学性能，经文献检索，专利号为ZL200610010154.4的发明专利提出了一种管材环向拉伸性能测试方法，该方法通过直接拉伸沿管材环向切取的环形试样，避免了由环形试样制备成平板试样过程中材料的变形，实验过程中试样保持原始的环形形状，所以可以获得准确的环向力学性能。
[0005]对于管材的环向变形性能，如管材环向的厚向异性系数，同样没有专用的测试方法。目前，为了简化，一种处理方法是假设管材环向和轴向的后向异性系数相同。此时，只要采用标准的实验方法测试管材的轴向厚向异性系数即可。这种简化处理，对于环向性能和轴向性能差异不大的管材是可以接受的。但是对于环向和轴向性能差异明显的管材，如铝合金、镁合金挤压管，则并不适用。另一种处理方法是沿着管材环向切取试样并展平后，采用平板试样的实验方法测试管材环向的厚向异性系数。显然，因为同样存在试样展平的过程，最终所获得结果也不可靠。
[0006]为了更为全面地测试和评价管材的环向变形性能，需要建立一种能直接获得管材环向变形性能特别是环向厚向异性系数的方法。
【发明内容】
[0007]本发明是为解决现有的实验方法无法直接测定环向和轴向性能差异明显的管材环向的厚向异性系数，进而无法全面、准确描述具有各向异性特征管材的变形性能的问题，提供一种管材环向的厚向异性系数直接测定方法。
[0008]本发明为解决上述问题采取的技术方案是:[0009]本发明的一种管材环向的厚向异性系数直接测定方法是按照以下步骤实现的，
[0010]步骤一、从待测管材上截取环状坯料并制备成环形拉伸试件，环形拉伸试件上加工有测试段，测试段的宽度小于环形拉伸试件其它弧段的宽度，环形拉伸试件的测试段的宽度为；
[0011]步骤二、将待测环形拉伸试件装夹在试验模具上，并连接好变形测量单元，进行环向拉伸实验，实时记录变形测量单元测得的轴向和环向应变数据，拉伸过程中与试验模具接触的环形拉伸试件的曲率保持不变；
[0012]所述试验模具包括上夹具、下夹具和两个D形块，上夹具和下夹具上分别加工有半弧形凹槽，两个半弧形凹槽对接后的圆形槽与环形拉伸试件相匹配；所述变形测量单元为引伸计测量系统或应变片测试系统，所述应变片测试系统包括两个电阻应变片及与应变片通讯连接的电阻应变仪；所述引伸计测量系统包括轴向引伸计和横向引伸计；
[0013]环向拉伸实验时，将环形拉伸试件安装在圆形槽内，两个D形块置于环形拉伸试件内，其中一个D形块的弧形面与环形拉伸试件的内弧面的上弧面接触，另一个D形块的弧形面与环形拉伸试件的内弧面的下弧面接触，上夹具和下夹具分别与相应的D形块固接，将轴向引伸计和横向引伸计分别夹持在所述测试段上，或者将两个电阻应变片粘贴在测试段的外弧面上，其中一个电阻应变片测轴向应变，另外一个电阻应变片测环向应变，然后，将上夹具和下夹具置于拉伸试验机上对环形拉伸试件进行拉伸实验，拉伸试验机以0.8-1.2mm/min的速率匀速拉伸，以20Hz的频率实时记录轴向和环向应变数据；
[0014]步骤三、当环形拉伸试件变形量达到15%时结束实验，取出环形拉伸试件，根据记
录的轴向和环向应变数据，求得IV并按照公式
【权利要求】
1.一种管材环向的厚向异性系数直接测定方法，其特征在于:所述厚向异性系数直接测定方法是按照以下步骤实现的， 步骤一、从待测管材上截取环状坯料并制备成环形拉伸试件(I )，环形拉伸试件(I)上加工有测试段(1-1)，测试段(1-1)的宽度小于环形拉伸试件(I)其它弧段的宽度，环形拉伸试件(I)的测试段(1-1)的宽度为9mm-21mm ; 步骤二、将待测环形拉伸试件(I)装夹在试验模具上，并连接好变形测量单元，进行环向拉伸实验，实时记录变形测量单元测得的轴向和环向应变数据，拉伸过程中与试验模具接触的环形拉伸试件(I)的曲率保持不变； 所述试验模具包括上夹具(5)、下夹具(14)和两个D形块(6)，上夹具(5)和下夹具(14)上分别加工有半弧形凹槽，两个半弧形凹槽对接后的圆形槽与环形拉伸试件(I)相匹配；所述变形测量单元为引伸计测量系统或应变片测试系统，所述应变片测试系统包括两个电阻应变片(4)及与应变片通讯连接的电阻应变仪；所述引伸计测量系统包括轴向引伸计(2)和横向引伸计(3)； 环向拉伸实验时，将环形拉伸试件(I)安装在圆形槽内，两个D形块(6)置于环形拉伸试件(I)内，其中一个D形块(6)的弧形面与环形拉伸试件(I)的内弧面的上弧面接触，另一个D形块(6)的弧形面与环形拉伸试件(I)的内弧面的下弧面接触，上夹具(5)和下夹具(14)分别与相应的D形块(6)固接，将轴向引伸计(2)和横向引伸计(3)分别夹持在所述测试段(1-1)上，或者将两个电阻应变片(4)粘贴在测试段(1-1)的外弧面上，其中一个电阻应变片(4)测轴向应变，另外一个电阻应变片(4)测环向应变，然后，将上夹具(5)和下夹具(14)置于拉伸试验机(8)上对环形拉伸试件(I)进行拉伸实验，拉伸试验机(8)以0.8-1.2mm/min的速率匀速拉伸，以20Hz的频率实时记录轴向和环向应变数据； 步骤三、当环形拉伸试件变形量达到15%时结束实验，取出环形拉伸试件(1)，根据记
117.录的轴向和环向应变数据，求得IV并按照公式丨=—，得到待测管材的环向厚向异性系数r，其中πν为环形拉伸试件的测试段的轴向应变和环向应变拟合得到的回归直线的斜率。
2.根据权利要求1所述的一种管材环向的厚向异性系数直接测定方法，其特征在于:所述拉伸试验机(8)以lmm/min的速率匀速拉伸。
3.一种管材环向的厚向异性系数直接测定方法，其特征在于:所述厚向异性系数直接测定方法是按照以下步骤实现的， 步骤一、从待测管材上截取环状坯料并制备成环形拉伸试件(I )，环形拉伸试件(I)上加工有测试段(1-1)，测试段(1-1)的宽度小于环形拉伸试件(I)其它弧段的宽度，环形拉伸试件(I)的测试段(1-1)的宽度为9mm-21mm ; 步骤二、将待测环形拉伸试件(I)装夹在试验模具上，并连接好变形测量单元，进行环向拉伸实验，实时记录变形测量单元测得的轴向和环向应变数据，拉伸过程中与试验模具接触的环形拉伸试件(I)的曲率保持不变； 所述试验模具试验模具为胀形试验装置，所述胀形试验装置包括圆管(9)、带有螺纹通孔的两个底座(10)和两个空心螺杆(12)，所述圆管(9)的长度是环形拉伸试件宽度的3倍；所述变形测量单元为引伸计测量系统或或应变片测试系统，所述引伸计测量系统包括轴向引伸计(2)和横向引伸计(3);所述应变片测试系统包括两个电阻应变片(4)及与应变片通讯连接的电阻应变仪； 环向拉伸实验时，先将环形拉伸试件滑动套装在圆管的中部，将圆管(9)的两端固定密封在两个底座(10)的螺纹通孔处，将两个空心螺杆(12)分别旋拧在两个螺纹孔内，将轴向引伸计(2)和横向引伸计(3)分别夹持在所述测试段(1-1)上，或者将两个电阻应变片(4)粘贴在测试段(1-1)的外弧面上，其中一个电阻应变片(4)测轴向应变，另外一个电阻应变片(4)测环向应变；然后，向两个空心螺杆(12)内同时注入充液，利用圆管的胀形力使环形拉伸试件(I)拉伸变形，充液压力控制在15-25Mpa之间，以20Hz的频率实时记录轴向和环向应变数据； 步骤三、当环形拉伸试件变形量达到15%时结束实验，取出环形拉伸试件(I )，根据记 录的轴向和环向应变数据，求得IV并按照公式
4.一种管材环向的厚向异性系数直接测定方法，其特征在于:所述厚向异性系数直接测定方法是按照以下步骤实现的， 步骤一、从待测管材上截取环状坯料并制备成环形拉伸试件(I )，环形拉伸试件(I)上加工有测试段(1-1)，测试段(1-1)的宽度小于环形拉伸试件(I)其它弧段的宽度，环形拉伸试件(I)的测试段(1-1)的宽度为9mm-21mm ； 步骤二、将待测环形拉伸试件(I)装夹在试验模具上，并连接好变形测量单元，进行环向拉伸实验，实时记录变形测量单元测得的轴向和环向应变数据，拉伸过程中与试验模具接触的环形拉伸试件(I)的曲率保持不变； 所述试验模具为三爪卡盘(13)，所述变形测量单元为引伸计测量系统或或应变片测试系统，所述引伸计测量系统包括轴向引伸计(2)和横向引伸计(3);所述应变片测试系统包括两个电阻应变片(4)及与应变片通讯连接的电阻应变仪； 环向拉伸实验时，先将环形拉伸试件(I)的内表面安装在三个卡爪上，将轴向引伸计(2)和横向引伸计(3)分别夹持在所述测试段(1-1)上，或者将两个电阻应变片(4)粘贴在测试段(1-1)的外弧面上，其中一个电阻应变片(4)测轴向应变，另外一个电阻应变片(4)测环向应变；然后，转动三爪卡盘(13)上的小齿轮实现环形拉伸试件(I)的拉伸变形，以20Hz的频率实时记录轴向和环向应变数据； 步骤三、当环形拉伸试件变形量达到15%时结束实验，取出环形拉伸试件(1)，根据记
.录的轴向和环向应变数据，求得IV并按照公式
5.根据权利要求1、3或4所述的一种管材环向的厚向异性系数直接测定方法，其特征在于:环形拉伸试件(I)的测试段(1-1)的宽度为10mm。
【文档编号】G01N3/08GK103698212SQ201310722088
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年12月24日 优先权日:2013年12月24日
【发明者】何祝斌, 苑世剑, 张静 申请人:哈尔滨工业大学