用单向拉伸和双向粘性压力胀形试验测定五种超高强度钢板的流动应力.doc

附件C：译文 用单向拉伸和双向粘性压力胀形试验（VPB）测定五种超高强度钢板的流动应力 A. Nasser, A. Yadav, P. Pathak and T. Altan （美国俄亥俄州哥伦布俄亥俄州立大学净成形（ERC/NSM）工程研究中心） 摘 要 在室温下，对五种超高强钢板材分别进行单向拉伸和双向粘性压力胀形试验，绘制流动应力曲线以进行比较。在拉伸试验中还测定了应变比值（R值），并用它来修正各向异性板材的双向流动应力曲线。为了获得流动应力曲线，在VPB试验中，把压力与对应凸圆高度的原始数据一直推算到了材料破裂时的爆炸压力。这项实验结果显示，在双向应力状态下，可以获得更高应变值下的流动应力的数据；同时可以看出，处于不同应力状态下的材料，其变形行为也不同。这两个结论以及在实际冲压中几乎都是双向应力状态的事实表明，胀形试验更适合用于获得超高强度刚板材的流动应力，并可把此流动应力输入有限元模拟模型。 关键词 超高强度钢板 单向拉伸试验 双向胀形试验 流动应力 成形性能 双相钢 塑性诱发相变钢（TRIP） 1 引言 该研究关注两种类型的钢：双相钢（DP）和塑性诱发相变钢(TRIP)。DP钢的微观组织由铁素体和马氏体混合而成；而TRIP的微观组织是以铁素体为基体，另外夹杂着马氏体和（或）贝氏体，还有多余5%的残余奥氏体。与传统高强钢（HSS）相比，超高强度钢（AHSS）越来越高的成形性是一个主要的优点，例如，双相钢有很高的初始应变硬化和很低的屈强比，这说明与传统高速钢（HSS）相比，双相钢有相对较高的延展性。该结论由ASTM（2007）和ASTM（2006）提出，ASTM（2007）讨论了获得拉伸应变硬化成分的标准试验方法，ASTM（2006）说明了用于测量板金属塑性应变率‘’的试验方法。不过，与普通拉伸钢相比，超高强度钢（AHSS）的延展性相对较低。在冲压工艺或模具设计中，进行有限元模拟是一个很重要的步骤。有限元模型的一个关键性输入就是所用板材的机械性能（即流动应力曲线）。通常，流动应力曲线是通过单向拉伸试验获得的，虽然这种方法正确且方便，但是存在两个很大的局限。第一，在这个试验中获得的应变值通常比实际冲压工艺中观察到的要小。因此，在拉伸试验中获得的数据通常要经过推算才能用于有限元模拟。第二，实际冲压中的应力状态通常是双向的，这就产生了在单向加载条件下获得的流动应力数据是否合适的问题。基于这些考虑，为了得到输入有限元模型的流动应力，在净成形（ERC/NSM）工程研究中心广泛使用了双向胀形试验。ERC/NSM进行的胀形试验使用粘性物质作为加压介质。因此，称之为“粘性压力胀形（VPB）”试验。这个试验最初是由Gutscher and Altan (2004)开发的，然后Palaniswamy and Altan (2007)对包括各向异性材料在内的材料做了进一步的研究。 VPB实验背景 图1是VPB试验中所用的模具图。上模与滑块连接，砧座为下模提供所需要的锁模力。下模上的冲头安装在压机的工作台上，因此，它是固定的。开始时，模具是打开的，粘性介质充满冲头顶部的区域。在整个实验过程中，为了保证板材的纯拉伸条件，当模具闭合时，用锁扣把板料完全夹紧在上下模之间，防止任何其他物质进入[图. 1(a)]。锁模力的大小取决于试验所用的材料及其厚度。然后，滑块和上模以及压边圈一起向下运动。粘性介质由固定下模施压，使板材胀形进入上模。由于模具是轴对称的，所以板材是在稳定的双向应力下胀形。在实验过程中，不断地，用分压计测量凸圆高度，用压力传感器测量胀形压力，图2详细的展示了VPB试验模具的几何特征。文章中用到的所有符号都总结在文章末尾给出的专业术语中。 图1.粘性压力胀形试验装置 图2.粘性压力胀形试验的几何特征 确定流动应力曲线的逆分析方法 3.1各向同性材料 用于测定板材流动应力的方法认为材料遵循Hollomon power law (如方程（1）所示) （1） 使用经典的薄膜塑性理论计算等效应力和等效应变方程（如方程（2）和（3）所示）。这些方程都是在满足下列假设的条件下推导出来的：胀形形状为球面；板材厚度与板材表面积相比很小，这样，就可以像(Gutscher and Altan (2004)讨论的那样忽略弯曲应力的存在。 （2） （3） 除了在试验中容易测量的胀形压力和凸圆高度以外，上面方程（2）和（3）中还包含了另外两个未知量：凸圆顶部的厚度和曲率半径。为了测定这两个未知量，我们使用商业有限元软件PAMSTAMP对不同性能的材料（不同的n值）