[发明专利]一种基于最大m值法控制超塑性胀形气压加载的方法

说明书

技术领域

本发明涉及钣金超塑性胀形气压加载的控制方法，尤其涉及采用基于最大m值法控制钣金超塑性胀形气压加载的方法。

背景技术

众所周知，应变速率敏感性指数m值是材料超塑性能的重要特征参数，通常m值越大超塑性越好。目前，超塑性胀形中常采用恒应变速率气压加载方法，该方法中的应变速率，是速度突变法或恒应变速率法拉伸实验获得的一个最佳应变速率。然而，应变速率敏感性指数m值的测量随应变的不同而不同，即材料变形的最佳应变速率随变形程度而变化。已有实验表明，最大m值法比恒应变速率拉伸获得了更显著的超塑性（如附图1所示）。可见基于最大m值法的应变速率控制超塑性胀形气压加载，比恒应变速率控制的气压加载方法，更能提高材料的超塑性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于最大m值法控制超塑性胀形气压加载的方法，它采用最大m值拉伸获得的瞬时最佳应变速率与真应变的关系方程，取代恒应变速率拉伸获得的最佳应变速率定值，去控制胀形气压加载。

本发明是这样实现的，方法步骤为：首先，采用最大m值法拉伸实验取代常规确定最佳应变速率的恒应变速率或速度突变拉伸实验，该实验根据m值变化趋势和按照最大m值的原则拉伸试样，获得材料应变速率始终处于瞬时最佳应变速率附近循环变化的曲线；其次，运用数值分析手段，拟合最大m值拉伸实验获得的实际应变速率与真应变曲线，建立瞬时最佳应变速率与真应变的关系方程；最后，借助数值模拟方法，计算超塑性胀形中变形最集中区域的瞬时应变速率，使其值依据拟合后的瞬时最佳应变速率与真应变的关系方程而变化，完成气压加载控制。

本发明的优点是：创新地采用比单个最佳恒应变速率更能激发超塑性能的瞬时最佳变形速率与真应变方程，去控制超塑性胀形气压加载，使得材料在随真应变变化的瞬时最佳应变速率下胀形，成形的零件厚度更均匀、成形能力更强，具有很高的实际应用价值。

附图说明

图1 钛合金最大m值法、恒应变速率法、恒速拉伸试样对比图；

图2 TC6最大m值拉伸获得的应变速率变化波形图；

图3 最大m值法拉伸应变速率曲线包络线中心线；

图4（a）应变速率曲线包络线中心线及其拟合曲线；（b）应变速率曲线拟合报告；

图5 最大m值超塑性胀形气压控制流程图。

具体实施方式

在超塑性变形过程中，通过控制变形速率，使应变速率敏感性指数m值始终趋于最大值，与常规的恒速法及恒应变速率变形方式相比，可以获得更高的超塑性（如附图1所示）。材料拉伸变形过程中，不断监测材料的m值，及时调整应变速率，保证m值始终最大，直至试样拉断，从而获得一条应变速率与真应变的关系曲线（如附图2所示）。而该应变速率变化曲线的走向或者说它的包络线的中心线即为难以测定的瞬时最佳变形速率随真应变变化的曲线。其次，综合运用数值分析拟合等手段，建立瞬时最佳应变速率与真应变的关系方程。最后，借助数值模拟方法，计算超塑性胀形过程中的变形集中区域的瞬时应变速率，使其值依据拟合后的瞬时最佳应变速率与真应变的关系方程而变化，而不是在目前常用的一个最佳应变速率定值下变形。

本发明的技术关键在于：采用最大m值法拉伸试样，构建了瞬时最佳应变速率与真应变的关系方程，改变常用超塑性胀形气压加载方法，开发基于瞬时最佳应变速率与真应变关系方程的控制方法。

以TC6钛合金最大m值超塑性胀形气压加载方式的建立为例。

具体方法如下：

在900℃变形温度，最大m值超塑性拉伸实验过程中采集的数据为速度V、位移ΔL，如表1所示： 

表1 最大m值法拉伸试验数据采集表

式中实验数据分别为：力（force）、速度(speed)、m值、位移(w)。

通过换算可得：

应变速率：

真应变：

式中：

        － 夹头的初始速度、瞬时速度，单位:mm/min;

    － 分别为试样的初始标距长度、瞬时标距长度、位移，单位:mm

现在已知真应变、应变速率，建立TC6钛合金最佳应变速率与真应变关系曲线。差值法提取最大m值超塑性变形的应变速率曲线包络线的中心线，如附图3所示。