[发明专利]金属板料单向拉伸过程温度变化的预测方法

说明书

本发明提供了一种金属板料单向拉伸过程温度变化的预测方法，包括步骤1：计算材料弹性变形过程的温度降低；步骤2：针对塑性变形过程，建立能量守恒方程；步骤3：对方程进行合理的假设和简化之后得到塑性变形过程的温度变化的表达式；步骤4：结合应力应变关系计算得出的塑性功和相关材料常数得到金属板料单向拉伸过程的温度预测变化结果。本发明中的方法可以对金属板料单向拉伸过程温度变化进行准确预测，大大降低了传统红外方式测量单向拉伸过程温度变化的成本；且预测结果精度高，计算简便。

技术领域

本发明涉及金属材料成形技术领域，具体地，涉及一种金属板料单向拉伸过程温度变化的预测方法。

背景技术

单向拉伸试验是目前使用最广泛的力学性能测试手段，通过该试验获得的材料的应力-应变曲线是表征材料力学性能最直观的方法。随着科学技术的不断发展，金属的单向拉伸试验已经不再局限于准静态应变率。现代汽车工业为了得到金属板料在冲压变形及汽车碰撞过程的力学性能，往往需要进行大量高于准静态应变率的单向拉伸试验。然而，当应变率不再是准静态应变率时，变形过程产生的大量热量来不及充分释放到周围环境中，必然会使得试样温度升高，此时的单向拉伸变形过程不再是等温状态。而大量研究表明温度是影响材料力学性能的重要因素，特别是诸如TRIP钢、奥氏体不锈钢和 Q&P钢这类变形过程伴随相变的材料，因为相变对温度非常敏感，所以温度对力学性能的影响特别大。因此，当单向拉伸过程的温度不再是等温状态时，准确描述材料的力学性能还必须考虑温度变化造成的影响。

目前，试样单向拉伸过程温度的变化主要可以通过热电偶和红外热成像仪获得，这些方法测量精度高但测量过程耗时耗力，且成本高昂，并不适用于工业应用。因此，定量、快速、准确的预测不同应变率单向拉伸过程的温度变化具有非常重要的意义。

板料成形领域习惯将材料变形过程的分为等温状态和绝热状态，一般认为单向拉伸过程应变率足够低的时候，变形过程产生的热量有充分的时间与环境交换，试样温度基本保持恒定，因此可认为是等温过程；当应变率足够高的时候，材料变形过程非常短暂，试样与环境的热交换基本可以忽略，因此可认为处于绝热状态。等温状态单向拉伸过程温度保持恒定，绝热状态单向拉伸试样的温度变化可以用材料塑性功的表达式很好的表述。然而，对于应变率处于范围的单拉过程，试样既有塑性功的释放又有与周围环境之间的换热，其温度变化难以用传统的绝热温升模型或者等温模型的表达式描述。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种金属板料单向拉伸过程温度变化的预测方法。

根据本发明提供的金属板料单向拉伸过程温度变化的预测方法，包括如下步骤：

步骤1：依据热弹性效应的原理，计算金属板料单向拉伸弹性变形过程的温度变化量；

步骤2：根据能量守恒定律分析板料塑性变形过程的产生的热量及与环境的热交换量，并建立能量守恒公式；

步骤3：通过设定假设条件，简化能量守恒公式；

步骤4：根据板料材料的应力应变关系，依据塑性变形相关原理计算变形过程的塑性功；

步骤5：将单向拉伸过程的应变率、塑性功、基本材料常数、试样尺寸参数值代入所述能量守恒公式，得到金属板料单向拉伸过程的温度变化的预测结果。

优选地，步骤1中金属板料单向拉伸弹性变形过程是指：由于固体材料的热弹性效应，弹性拉伸载荷会引起试样温度的略微下降，该阶段材料的温度变化计算公式如下：

式中：ΔT表示板料的材料温度变化，T₀表示试样初始温度，Δσ表示应力变化，α表示材料的线性膨胀系数，C表示材料比热容，ρ表示材料密度，ε表示材料的塑性应变值；