金属塑性成形原实验指导书.doc

金属塑性成形原理 实验指导书 河南科技大学材料加工实验中心 2008年3月 实验一 真实应力-应变曲线的绘制 一、实验目的 1、区别不同材料、不同热处理状态的金属试样形变特性。 2、掌握真实应力——应变（δ-ε）曲线建立过程以及用微机处理数据和绘制曲线的方法。 二、内容简介 在金属塑性变形的研究中，用对数应变表示的真实应力-应变关系曲线具有普遍的意义，它是正确分析金属材料形变强化特性，计算变形力的依据。该曲线是在对金属试样单向拉伸（或压缩）得到的拉伸（或压缩）曲线的基础上经数学转换绘制而成。用电测方法记录拉伸曲线比材料实验机通常采用的方法精确，观察与测量也比较方便，能提高δ-ε曲线的绘制质量。微机处理数据和绘制曲线能避免繁琐的人工计算，省时省力，因而在本实验中加以采用。 三、实验仪器、设备、工具与试样 仪器：动态应变仪、位移、拉力传感器、X-Y函数记录仪、IBM-PC微机。 设备：60吨万能材料试验机。 工具：卡尺、半径规、冲子。 试样：正火处理A3钢和调质处理的45钢标准试样。 四、实验步骤 1、接通各仪器电源，预热几分钟。 2、打试样标距LQ=100，并测量直径d0。 3、将仪器有关旋纽搬到适当位置，预调平衡应变仪，装卡试样，调整到合适位置。 4、开试验机缓慢加载，观察记录曲线的变化。当试样拉到塑性失稳点b时，记录最大拉应力值Pb（单位牛顿）。 5、在试样明显发生颈缩到断裂期间，适当停机2-3次。每次都要测量细颈处直径dt，曲率半径Rt，并记在数据表内，在拉伸曲线的相应位置做标记以便查找该瞬时的拉力值，操作时要快捷，准确，配合得当。 6、每次记录完毕继续加载，直到最后断裂为止。 7、测量断裂后的标距L，颈缩断裂处最小直径dmin和曲率半径R。 8、在拉伸曲线上数出表示最大拉力的坐标格数Yb和表示最大变形量的坐标格数Xd（Yb和Xd均取成正整数）。 将实验过程中所有数据填入表1。 表1 实验数据记录表 材 料 原 始 尺 寸 载荷上升时 载 荷 下 降 时 断后尺寸 L0 D0 Pb Dt Rt dt Rt dt Rt L R dmin 五、数据处理 1、拉伸曲线P-δ坐标值的标定 由试验机读到的最大拉力Pb作为拉伸曲线上最高幅度Yb的实际示值，并以Pb/Yb为纵坐标的比例尺可确定其它各点的实际拉力；把试样变化前后标距长度之差L-L0/Xd为比例，确定其它各点的伸长变形值。 2、在P-δ拉伸曲线上取适当多点（包括特殊点）按下列公式逐点换算，绘制出条件应力——应变关系曲线（σN-ε）： 3、将σN-ε曲线分为均匀变形和有颈缩的非均匀变形两个区域，分别按下列公式逐换算成S-E曲线的相应点，绘出真实应力——应变关系曲线（S-E）： 1）颈缩的均匀变形区，此时： 2）存在颈缩的不均匀变形区，此时： 其中 ， F0——试样变形前的截面积，Ft——试样细颈处瞬时的截面积 dt——试样细颈处瞬时直径，断裂时记为dmin Rt——试样细颈处外形瞬时曲率半径，断裂时为R Pt——试样瞬时拉力，断裂时记为Pt St——包括形状硬化在内的真实应力 S——除去形状硬化在内的真实应力 4、本实验已备好计算机程序，将实验后的必要数据按要求输入计算机，就可自行数字处理和曲线绘制，但事先须做好以下准备工作： 1）在拉伸曲线均匀变形区任找20点（包括各特殊点），数出表示它们的拉力和变形的格数值（取成正整数），依次记为X1、Y1、X2、Y2… …X20、Y20 。注意：第20点必须取大拉力点Pb，即Y20=Pb，非均匀区选4点，其中前三点是实验过程中的停机点，依次记为X21、Y21、 X22、Y22、X23、Y23，断裂点编为24点，即X24=Xd。 2）将有关数据按相应格式输入计算机： L(i) = date ’输入载荷，i的取值为1-24 S(i) = date ’输入位移，i的取值为1-24 3)开机运行就可获得所需结果。 六、实验报告要求： 自行编写计算机程序，绘制出本次实验材料的σN-ε曲线和S-E曲线。 实验二 圆环镦粗法测摩擦系数 一、实验目的 掌握和利用园环镦粗法测定金属材料塑性变形时的摩擦系数。 二、基本原理 园环镦粗时，若工具与园环接触面间的摩擦状态不同，镦粗后园环的变形情况也就不同。当摩擦系数小于某一临界值时，变形后园环内、外径都将增大；当摩擦系数大于该项临界值时，变形过程中，园环内存在一中性层，中性层以内的金属向内流动，使内径缩小；中性层以外的金属向外流动，使外径增大。变形情况如图1所示。 图1 园环镦粗变形示意图 由能量法可求得中性层半径Rn，摩擦