測定所用的儀器為CP153型電子數(shù)字天平，感量為l(T3g，對質(zhì)量為 l〇g物體相對測量精度可達(dá)〇. 01 % ;
[0048]待分析測試的材料是牌號為6XXX的形變鋁合金，分析目的為測量壓力加工(鐓粗） 后材料內(nèi)部應(yīng)變的分布情況。原始試樣為Φ 60 X 60mm圓柱形試樣，先經(jīng)過一定溫度下的熱 壓縮(非均勻)變形(溫度低于該材料的去應(yīng)力退火溫度），本測量是其壓縮變形50%后在對 稱軸處沿壓下方向（z方向）不同位置切割為塊狀樣的比容測量。五個金屬試樣的尺寸約為 24 X 24X6mm，重量在8g左右，測量誤差為±0.02%。試樣編號分別為G!、G2."G5，上述各試樣 距端面距離分別為zi = 3 (單位為mm，下同）、Z2 = 9、Z3 = 15、Z4 = 21、Z5 = 27。另一試樣，是壓力 加工前(退火態(tài))金屬試樣，尺寸同上，編號為Go。
[0049] 五個試樣及壓力加工前(退火態(tài)）的試樣以二次稱重法測量比容，得到的比容分別 為vG1 = 〇 .37017(單位為cm3/g，誤差為±0.0001，下同），vG2 = 〇. 37003，vG3 = 〇. 36985，vG4 = 0 · 37005，vG5 = 〇 · 37017 和 vG〇 = 〇 · 37023。
[0050] 由上述結(jié)果知，不同塑性變形狀態(tài)下的五個試樣，相對比容變化的最大差值約為 0.086%，對于質(zhì)量為8g的試樣，此質(zhì)量的變化約為7mg，遠(yuǎn)大于測量天平的感量lmg，即該結(jié) 果準(zhǔn)確可信。
[0051] (2)計算求出待測金屬材料的軸向應(yīng)變
[0052]由步驟（1)所測得的比容，由已知該材料的橫向變形系數(shù)（泊松比）為0.33，K經(jīng)計 算可知為213,利用應(yīng)變計算公式即公式(2)計算求出所對應(yīng)軸向應(yīng)變值。可得軸向應(yīng)變分 別為￡z-gi = -〇. 1031，ez-G2 = -〇 .3359, ez-G3 =-0.6469，ez-G4 = -〇· 3158, ez-G5 = -〇 · 1088。這里， 以試樣Gi為例說明應(yīng)變的計算過程。由步驟(1)測量得到，某一加工狀態(tài)下的試樣Gi的比容 v(n = 0.37017cm3/g，加工前（退火態(tài))試樣的比容vGQ = 0.37023cm3/g，已知該材料的橫向變 形系數(shù)（泊松比）為〇 · 3 3，利用公式（2 )即計算得出試樣G i的軸向應(yīng)變
[0053] 該結(jié)果表明，材料內(nèi)部的比容變化沿壓下方向（z方向）呈對稱分布，因此其軸向應(yīng) 變沿壓下方向（z方向）也呈對稱分布，且最大值出現(xiàn)在比容最小處。該軸向應(yīng)變的分布曲線 見圖1。
[0054] 由步驟(1)的比容測定結(jié)果知，根據(jù)待測材料的比容數(shù)值，即可計算求出待測材料 的軸向應(yīng)變;以判斷其壓力加工后的應(yīng)變狀態(tài)；
[0055]此例表明了本發(fā)明的分析方法的準(zhǔn)確性、可靠性。
[0056]本發(fā)明的技術(shù)原理是:材料的塑性變形過程中必伴隨彈性變形，變形后材料內(nèi)部 仍將保留著一部分的彈性的殘余應(yīng)變，該殘余應(yīng)變與塑性應(yīng)變是成正比例的。從微觀的角 度而言，由于塑性應(yīng)變難以測量，對應(yīng)的殘余應(yīng)變的數(shù)值小，（這是因?yàn)?，塑性?yīng)變微觀上晶 面滑移是主要的，而晶粒的變形是較小的。因滑移難以測量，但晶粒變形卻是可測量的），但 殘余應(yīng)變的分布卻如實(shí)地反映了變形后應(yīng)變的分布，兩者在數(shù)值上相差一個比例系數(shù)K。通 過測量殘余應(yīng)變，即可得到塑性應(yīng)變。本發(fā)明的要點(diǎn)是殘余彈性應(yīng)變可通過密度或比容的 測量定量得到，由此即間接的測量得到塑性應(yīng)變。因此，測量體積的變化，即可得到材料的 殘余應(yīng)變，而后根據(jù)比例系數(shù)K，將殘余應(yīng)變轉(zhuǎn)化成應(yīng)變。一方面，單位質(zhì)量的體積可用比容 (V = p-1即密度的倒數(shù))來表達(dá)，此物理量可由二次稱重法(阿基米德法），用精密天平來實(shí)現(xiàn) 測量。密度的測量精度受到儀器精度及儀器操作的限制，以前的舊式天平測量，采用人工加 載砝碼，人工讀取光標(biāo)數(shù)據(jù)，除皮操作麻煩，重復(fù)性差，誤差大，操作費(fèi)時費(fèi)工。因此舊式天 平難以有效的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的精確測量。目前常用的應(yīng)變測量方法中，由于受到塑性變形以 高溫高壓為主要特征、材料的完整性以及模型與原型材料的力學(xué)性能不同等方面的限制， 測定塑性加工過程中的變形分布存在一定困難，此前未見他人用密度方法來測量和分析材 料內(nèi)部的應(yīng)變的報道。
[0057]本方法測量的是材料內(nèi)部的應(yīng)變，即由材料體積變化的測量，得出材料的尺寸變 化，即得到材料的殘余應(yīng)變，而后根據(jù)比例系數(shù)，得到試樣內(nèi)部的應(yīng)變。另一方面，隨著電子 技術(shù)的發(fā)展，精密的電子天平一改舊式天平繁瑣的測量加載和測量結(jié)果的讀取方法，測量 操作簡單，精度較高，測量感量達(dá)到1-0.〇lmg。本發(fā)明正是利用目前測量儀器的進(jìn)步，將二 次稱重法應(yīng)用于金屬材料應(yīng)變測量分析的領(lǐng)域。本發(fā)明將比容差法應(yīng)用于壓力加工后金屬 材料內(nèi)部應(yīng)變的測量分析和研究。該方法具有精度高，對金屬材料內(nèi)部的應(yīng)變狀態(tài)變化敏 感，相對比容測量的精確度可達(dá)〇. 01 %及更高。
[0058]本發(fā)明并不受上述實(shí)施方式的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理 下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范 圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種金屬材料塑性加工過程中的應(yīng)變的測量方法，其特征在于，包括如下步驟： 1) 先選取待測的經(jīng)單軸壓力加工金屬材料的任意部位進(jìn)行切割，測量切割成塊狀的待 測試樣的比容，然后測量待測金屬材料壓力加工前或者其退火態(tài)的比容； 2) 由步驟1)所測得的比容，根據(jù)應(yīng)變及橫向變形系數(shù)，即泊松比，的定義，計算出上述 待測金屬材料相應(yīng)部位的軸向應(yīng)變，計算軸向應(yīng)變的公式如下：式中，K為軸向殘余應(yīng)變與軸向應(yīng)變之間的比例系數(shù);U為待測金屬材料的橫向變形系 數(shù)，即泊松比;V為待測金屬材料壓力加工后的比容;V0為待測金屬材料壓力加工前的比容。2. 如權(quán)利要求1所述的金屬材料塑性加工過程中的應(yīng)變的測量方法，其特征在于，所述 比容是通過使用阿基米德法測量的，所述阿基米德法測量的步驟如下： 1) 將切割成塊狀的待測金屬材料在空氣中的質(zhì)量，記作mi; 2) 將上述待測試樣放置在盛有已知密度的液體的容器中，測量待測金屬材料浸沒在密 度為P液的液體中的質(zhì)量，記作m2; 3) 按如下計算公式，得到上述某一壓力加工狀態(tài)下的待測金屬材料的比容V，即p-i，3. 如權(quán)利要求2所述的金屬材料塑性加工過程中的應(yīng)變的測量方法，其特征在于:測量 待測金屬材料質(zhì)量所用的儀器為精密天平，所述精密天平的感量至少為l(T3g。4. 如權(quán)利要求3所述的金屬材料塑性加工過程中的應(yīng)變的測量方法，其特征在于:所述 待測金屬材料為可壓力加工且加工后不發(fā)生相變的金屬材料。5. 如權(quán)利要求4所述的金屬材料塑性加工過程中的應(yīng)變的測量方法，其特征在于:所述 可壓力加工的金屬材料為侶合金、儀合金或者鋼鐵材料。6. 如權(quán)利要求5所述的金屬材料塑性加工過程中的應(yīng)變的測量方法，其特征在于:所述 待測金屬材料的壓力加工為常溫，或低于該材料去應(yīng)力退火溫度的高溫。7. 如權(quán)利要求6所述的金屬材料塑性加工過程中的應(yīng)變的測量方法，其特征在于:所述 待測金屬材料經(jīng)壓力加工后的狀態(tài)為退火態(tài)、穩(wěn)定態(tài)或者亞穩(wěn)定態(tài)。8. -種金屬材料塑性加工過程中的應(yīng)變變化分布的測量方法，其特征在于，包括如下 步驟： 1) 先選取待測的經(jīng)單軸壓力加工金屬材料的不同部位進(jìn)行切割，測量切割成塊狀的待 測試樣的比容，然后測量待測金屬材料壓力加工前或者其退火態(tài)的比容； 2) 根據(jù)不同部位的比容數(shù)值，根據(jù)應(yīng)變及橫向變形系數(shù)，即泊松比，的定義，計算出待 測金屬材料不同部位的軸向應(yīng)變，由此得出其在該加工狀態(tài)下的軸向應(yīng)變分布，計算軸向 應(yīng)變的公式如下：式中，κ為軸向殘余應(yīng)變與軸向應(yīng)變之間的比例系數(shù);U為待測金屬的橫向變形系數(shù)，即 泊松比;V為待測金屬材料壓力加工后的比容;V0為待測金屬材料壓力加工前的比容。9. 如權(quán)利要求8所述的金屬材料塑性加工過程中的應(yīng)變變化分布的測量方法，其特征 在于，所述比容是通過使用阿基米德法測量的，所述阿基米德法測量的步驟如下： 1) 將切割成塊狀的待測金屬材料在空氣中的質(zhì)量，記作mi; 2) 將上述待測試樣放置在盛有已知密度的液體的容器中，測量待測金屬材料浸沒在密 度為P液的液體中的質(zhì)量，記作m2; 3) 按如下計算公式，得到上述某一壓力加工狀態(tài)下的待測金屬材料的比容V，即p-i，10. 如權(quán)利要求9所述的金屬材料塑性加工過程中的應(yīng)變的測量方法，其特征在于：測 量待測金屬材料質(zhì)量所用的儀器為精密天平，所述精密天平的感量至少為l(T3g，所述待測 金屬材料為可壓力加工且加工后不發(fā)生相變的金屬材料，所述待測金屬材料的壓力加工為 常溫，或低于該材料去應(yīng)力退火溫度的高溫，所述待測金屬材料經(jīng)壓力加工后的狀態(tài)為退 火態(tài)、穩(wěn)定態(tài)或者亞穩(wěn)定態(tài)。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種金屬材料塑性加工過程中的應(yīng)變的測量方法，包括如下步驟：先選取待測的經(jīng)壓力加工金屬材料的某個部位進(jìn)行切割，測量切割成塊狀的待測試樣的比容，然后測量待測金屬材料壓力加工前或者其退火態(tài)的比容；由所測得的比容，計算出上述待測金屬材料相應(yīng)部位的應(yīng)變；對加工后的待測金屬材料的不同部位切割后試樣進(jìn)行測量，根據(jù)不同部位的比容數(shù)值，計算出待測金屬材料不同部位的應(yīng)變，由此得出其在該加工狀態(tài)下應(yīng)變分布；本發(fā)明同現(xiàn)有技術(shù)相比，不僅試樣制備簡單，測量儀器通用，而且操作方便，實(shí)驗(yàn)結(jié)果定量，數(shù)據(jù)精度高，重復(fù)性高，數(shù)據(jù)可靠，能夠適用于一切可壓力加工、且加工過程不發(fā)生相變的金屬材料的應(yīng)變的測量。
【IPC分類】G01B21/32
【公開號】CN105698746
【申請?zhí)枴緾N201610051391
【發(fā)明人】陳錕, 吳新猛, 劉克家, 陳惠芬
【申請人】上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院
【公開日】2016年6月22日
【申請日】2016年1月26日