[发明专利]一种局部加热成形极限试验方法

摘要

本发明一种局部加热成形极限试验方法，它可以采用球面胀形法、Marciniak平面法、十字形试件的双向拉伸试验法实现；这里以十字形试件的双向拉伸试验法为例，该方法具体步骤如下：步骤一：十字形试件的装夹；步骤二：双向拉伸试验装置及激光发射器的相关参数设定；步骤三：试件的双向加载拉伸和中心区的加热；步骤四：试验数据的测量采集；步骤五：试验后处理及成形极限分析，得到板料在各种非比例加载路径下的热成形极限。本发明结构简单，性能可靠，方便实现比例和非比例加载路径的热成形极限实验。它在材料力学测试工艺及设备技术领域里具有广阔的应用前景。

主权项

一种局部加热成形极限试验方法，其特征在于：该方法具体步骤如下：步骤一：十字形试件的装夹用双向拉伸试验装置上四组拉伸装置中的夹紧装置分别夹紧十字形试件的四端，保证装夹位置的正确性即试件的两条垂直中线与四组拉伸装置中线重合；双向拉伸试验装置包含分别位于十字形试件的四个方向上的四组相同的拉伸装置，每组的拉伸行程为0‑220mm，每组拉伸装置通过一套传动机构将电机主轴转动转化为对力传感器的拉伸，力传感器的另一端与夹紧装置相连接，最终实现夹紧装置的移动，对十字形试件进行各种不同加载路径试验；步骤二：双向拉伸试验装置及激光发射器的相关参数设定通过计算机控制系统设定双向拉伸试验装置的加载方式即两个方向上的加载比例和激光发射器的功率、激光扫描路径及速度参数；双向拉伸试验装置的两个方向上通过计算机的载荷控制或应变控制实现1:1、1:2、1:3多种比例的加载方式；采用局部加热方式对十字形试件中心的主要变形区进行加热，温度和加热区面积大小根据需要进行控制，调整激光功率1‑1000W，扫描速度1‑50mm/s，使试件表面温度快速达到200‑1148℃；进行试件中心区的加热采用常见的加热方法，如激光、电磁、红外，热电偶，以激光辅助加热的研究超高强度钢成形极限的双拉试验为例，将可控温激光加热装置的功率调节到300W，扫描速度设定为6.5mm/s,则发射的激光束使中心区的照射温度瞬时达到700℃以上，超高强度钢试件中心区组织中析出奥氏体，提高中心区的塑性变形能力，并降低该部位的抗拉强度，使断裂发生在中心位置；步骤三：试件的双向加载拉伸和中心区的加热计算机控制系统控制双向拉伸试验装置按预设加载路径对十字形试件进行双向拉伸，并同时控制激光发射器沿指定路径对中心区进行加热，使加热区域达到并保持在预定温度范围；计算机控制系统控制双向拉伸试验装置对十字形试件进行不同比例下的双向拉伸，并实时的通过力传感器将拉伸过程中材料的各项参数进行统计整理；可控温装置中的红外测温仪，通过非接触方式对十字形试件中心区温度进行实时测量并反馈给计算机控制系统，计算机控制系统控制激光发射器按指定的扫描路径和速度进行扫描加热；接收红外测温仪测量的试件中心区域的温度参数，然后控制激光发射器进行加热，使加热区域保持在预定温度范围；试 验过程中对于加热状态下容易发生氧化的材料，在试验过程中通入保护气体；步骤四：试验数据的测量采集试验过程中通过双向拉伸试验装置上的力传感器将拉伸过程中材料的各项参数进行统计整理，可控温装置中的红外测温仪进行试件中心区温度的测量；试验后采用常用的网格法或光学非接触应变测量仪器进行所关心的主要变形区的应变测量，试验过程中采用光学非接触应变测量仪器对变形过程中的应变进行实时测量；步骤五：试验后处理及成形极限分析运用步骤四中得到的数据进行塑形理论研究和进行有限元分析，得到板料在各种非比例加载路径下的热成形极限。