[发明专利]一种确定金属流变失稳条件的试验装置及方法

说明书

本发明公开了一种确定金属流变失稳条件的试验装置及方法。该装置包括：压力加载设备、压头和工业模具，工业模具包括上模具和下模具，上模具上设置有多个上模具凸台和上模具凹槽，上模具凸台与上模具凹槽间隔设置，上模具凸台的高度可调；下模具上设置有多个下模具凸台和下模具凹槽，下模具凸台与下模具凹槽间隔设置；上模具凸台与下模具凹槽相互耦合，上模具凹槽与下模具凸台相互耦合；压头与压力加载设备相连接，上模具、下模具和压头的中心轴线位于同一直线上。本发明提供的试验装置及方法能够确定实际工况条件下金属塑性变形过程流变失稳现象的临界工艺条件，能够一次试验获得多个变形程度的剪切变形，提高了试验效率和材料利用率。

技术领域

本发明涉及塑性加工领域，特别是涉及一种工业模具、确定金属流变失稳条件的试验装置及方法。

背景技术

金属材料热态变形过程从热力学意义上讲是一个远离平衡的非线性、不可逆的热力学过程。利用金属材料热态变形过程中发生的晶粒破碎和球化，动态回复和再结晶，相变和超塑性等一些列稳态的物理冶金过程，可实现金属材料及构件的组织和性能的精确控制。局部流动或局部塑性失稳是锻造过程中的基本现象之一。而金属材料热态变形过程中的流变失稳现象(主要包括绝热剪切带、局部塑性流动和开裂等)则被视为塑性加工过程中的常见缺陷。其中，材料局部塑性流动会造成锻件内部的局部区域出现明显的变化，对最终锻件的组织性能产生不利的影响；而当局部变形剧烈时，锻件内部容易产生空洞，发展成细小的微裂纹，最终导致锻件的开裂。因此，准确可靠地获得金属塑性变形过程中材料局部流动或局部失稳以及绝热剪切的临界条件，进而获得能够有效避免此类缺陷的工艺参数范围，对材料塑性变形工艺设计和零部件的质量评估都是十分重要的。

目前，通过Gleeble系统的热压缩试验、常规拉伸试验和扭转试验、SPHB试验系统等，可进行金属材料准静态和动态加载条件下的材料力学行为和失效研究，但部分实验中试验件在加载过程中，试验件两边容易翘起，影响实验结果。其中，基于Hopkinson杆的试验装置是材料局部流动和绝热剪切行为研究中最常用的加载手段(中国发明专利申请公开说明书CN201120493448.3和中国发明专利申请公开说明书CN200810017503.4)。该类装置基于扭杆或压杆研究在压缩或剪切状态下材料的绝热剪切行为；或通过设计异形试样，包括帽形试样、斜圆柱样、阶梯圆柱样、圆台样、哑铃样、缺口圆柱样等，或改变加载方式，如双剪、冲压、切削实验装置，从而减小试样有效变形区长度来实现样品局域的高应变率剪切加载。目前，SPHB压杆试验技术已发展为获得10²～10⁴S^-1应变率范围内材料应力-应变关系的主要试验手段。然而，一方面，以上实验装置属于通用试验装置，一般对试样尺寸有特殊要求，且采用的试样尺寸与实际工况有较大差别，其试验结果需要进一步在实际工况中进行验证；另一方面，金属材料在塑性加工过程中塑性流变失稳往往发生于复杂应力状态条件下，常规的热压缩试验、拉伸试验、扭转试验只能获得简单应力状态(比如单向拉伸或压缩，单剪切应力状态)，SPHB试验结果也只涉及在特定假设条件下的单向压应力状态分析结果。可见，现有的相关技术并不能够满足确定实际工况中金属材料塑性流变失稳条件的需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种工业模具、确定金属流变失稳条件的试验装置及方法，能够确定实际工况条件下金属塑性变形过程流变失稳现象的临界工艺条件，能够通过一次试验获得多个变形程度的剪切变形，提高试验效率和材料利用率。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：