试样宽度对力学性能的影响

试样宽度对st12钢板力学性能的影响

胡丽鸣

（攀钢集团研究院有限公司,攀枝花617000）

摘要:将0.5mm厚的st12冷轧薄板加工成与轧制方向平行，与轧制方向成斜向45o,与轧制方向垂直的三种方向试样，每种方向加工成宽度为10mm,15mm,20mm,25mm的四种尺寸的试样，在试验机设置控制参数、拉伸速度等条件都相同的情况下，进行试验。结果表明，试样宽度增加，应变硬化指数（n值），强度基本不变，塑性应变比（r值）减小，断后伸长率（A值）增大。关键词: 宽度;强度;塑性应变比;应变硬化指数;断后伸长率

Specimen Width on the Mechanical Properties of Steel St12

Hu Liming

（Research Institute of Panzhihua Iron and Steel Group Co., Ltd.Panzhihua617000, China)

Abstract:To 0.5mm thick cold-rolled sheet st12 processed in parallel with the rolling direction, with the rolling direction at oblique 45o, and the rolling direction perpendicular to the direction of three, each processed into the direction of width of 10mm, 15mm, 20mm, 25mm of four sizes of the samples, set the control parameters in the testing machine, tensile speed and other conditions being equal, to experiment. The results show that the specimen width increases, strain hardening exponent (n value), the intensity is essentially the same, the plastic strain ratio (r value) decreased Elongation (A value) increases.

Key words:width; strength; plastic strain ratio; strain hardening exponent; elongation

1 前言

金属材料的力学性能是指材料在外加载荷（外力或能量）作用下或载荷与环境因素（温度、介质和加载速率）联合作用下所表现的行为。无论设计新产品，还是改进老产品，都有选材和计算截面尺寸的问题【1】。由于材料的塑性流动、流动应力等诸多方面对于钢材尺寸变得十分敏感, 表现出一系列明显的尺寸效应, 由此导致传统(宏观)成形工艺和理论不能简单转换到微观领域, 限制了微成形技术的发展与应用。其中, 材料塑性指标随钢板的尺寸变化而变化的尺寸效应更是直接影响到了成形工艺与模具设计【2】。随着科学技术的进步及计算机控制技术的发展，拉伸试验机都采用电子测试和试验数据的自动处理技术。在使用电子拉伸试验机时，正确地设置控制参数，精确地测量试样尺寸，是准确获得力学性能指标的前提。因此，即使试验条件相同，试样尺寸不同，所测试的结果也有差别【3】。本文用0.5mm厚的st12钢板加工成与轧制方向成0o（纵向）、45o、90o（横向）方向的试样，分别检验试样的强度、应变硬化指数（n值）、塑性应变比（r值）、断后伸长率（A值），分析试样宽度对钢板力学性能的影响。

2 .试验条件及方法

2.1 试样

试样取厚度为0.5mm的st12钢板。为比较材料的各向异性情况，检验与轧制方向成0o（纵向）、45o、90o（横向）方向试样的n 值、r 值、A值和强度。根据GB/T228-2002标准规定加工取样，每个方向分别取三块宽度为10mm、15mm、20mm和25mm的四种尺寸的试样。试样尺寸和化学成分分别见图1和表1所示。

图1 试样尺寸

Fig.1 Sample size

表1 st12化学成分

Table 1 St12 chemical composition

成分 C Si Mn P S

标准要求（%）≦0.01 无要求≦0.50 ≦0.025 ≦0.075

测得值（%） 0.009 0.041 0.162 0.011 0.008

2.2 试验条件及方法

（1）用INSTRON 5569电子拉伸试验机进行试验，采用位移控制，拉伸速度在1mm处变速，第一速度控制在2mm/min,第二速度控制在25mm/min。根据GB/T5027-2007标准推荐的20%的应变水平，在应变水平达到21%后取下引伸计。

（2）塑性应变比（r值）计算：

根据GB/T 5027-2007定义塑性应变比（r值）为：在单轴拉伸应力作用下，试样宽度方向真实塑性应变和厚度方向真实塑性应变比。

计算公式为

r=εb/εa

式中εb= ln(b/b o)，为宽度方向真实塑性应变；εa = ln( a/a0)，为厚度方向真实塑性应变。由于长度的变形量比厚度的变形量测量更容易、更精确，在塑性变形伸长量不超过最大力对应的塑性伸长量A g范围内，由体积不变原理得到下式计算r值。

00b ln(

)b r L b ln()

Lb

=

式中：L —试样进行指定应变后的标距,mm;

b —试样进行指定应变后的宽度,mm; L 0—原始标距,mm; b 0—试样的原始宽度，mm 。

（3）拉伸应变硬化指数（n ）值计算方法：

根据GB/T 5028-2008定义拉伸应变硬化指数（n ）值为：在单轴拉伸应力作用下，真实应力与真实塑性应变数学方程式中的真实塑性应变指数。真实应力与应变数学方程式中的真实应变指数可表示为

S = C × e n

此方程转变为对数时为：

ln s = ln C + n ln e 式中：s —真实应力, MPa;

e —真实塑性应变; C —强度系数，MPa; n —拉伸应变硬化指数。

在双对数坐标平面内的直线斜率即为拉伸应变硬化指数。 （4）断后伸长率的计算方法：

根据GB/T 228-2002计算试样断后伸长率的方法为： u 0

L L A 100%L -=

⨯ A — 断后伸长率,%; L u — 断后标距，mm; L 0 — 原始标距，mm 。 （5）强度的计算方法：

根据GB/T228-2002标准定义强度为：试样单位横截面积所受的力，计算方法为： R p0.2 = F p0.2/S o R m = F m /S o

式中： F p0.2 — 规定非比例延伸力,N; F m — 最大力,N ；

R p0.2—规定非比例延伸强度，N/mm 2

;