GB T 24171.2-2009 金属材料.薄板和薄带.成形极限曲线的测定.第2部分 实验室成形极限曲线的测定.pdf

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1、ICS 7704010H 22 圆雪中华人民共和国国家标准GBT 24 1 7 12-2009IS0 1 2004-2：2008金属材料 薄板和薄带成形极限曲线的测定第2部分：实验室成形极限曲线的测定Metallic materials-Sheet and strip-Determinations of forming limit curVesPart 2：Determinations of forming limit curves in laboratory2009-06-25发布(ISO 120042：2008，IDT)201004-01实施宰瞀髁鬻瓣警麟瞥鐾发布中国国家标准化管理委员会促

2、19GBT 241712-2009ISO 12004-2：2008目 次前言“引言1范围2符号及说明3原理4试样和试验设备5应变截面线分析和应变对(e，z)的测量6文档7试验报告附录A(规范性附录)二阶导数和“过滤的”二阶导数附录B(规范性附录)拟合区域宽度的计算附录C(规范性附录) “钟形曲线”的最佳拟合反抛物线的计算附录D(规范性附录) 网格的应用和测量用放大镜或显微镜进行测量附录E(资料性附录)用于验证计算程序的试验数据表-附录F(规范性附录)FLC的数学描述和表示附录G(资料性附录)极端的横截面数据例子附录H(规范性附录)从测量应变分布到FLC数值的流程图参考文献00坨地MM坞毖刖 昌

3、GBT 241712-2009IS0 120042：2008GBT 24171金属材料薄板和薄带成形极限曲线的测定分为二个部分：第1部分：冲压车间成形极限图的测量及应用；第2部分：实验室成形极限曲线的测定。本部分为GBT 24171的第2部分。本部分等同采用国际标准ISO 120042：2008金属材料薄板和薄带成形极限曲线的测定第2部分：实验室成形极限曲线的测定(英文版)。为了便于使用，本部分做了下列编辑性修改：a)“本国际标准”一词改为“本标准”；b)用小数点代替作为小数点的逗号，；c)删除了国际标准的前言；d) 删除了国际标准中表1的法语、德语注释和注2；e)删除了国际标准中的表2；f)

4、将国际标准中表2的公式eln(1+e)合并到表1中；g)在试样报告部分增加了“本标准编号”一项。h)删除了附录E中的“下面的数据集和允许的分散度可以在因特网上相关文件中找到(见参考目录)。”一句。本部分的附录A、附录B、附录C、附录D、附录F、附录H均为规范性附录，附录E、附录G为资料性附录。本部分由中国钢铁工业协会提出。本部分由全国钢标准化技术委员会归口。本部分起草单位：武汉钢铁(集团)公司、太原钢铁(集团)公司。本部分主要起草人：祝洪川、李荣锋、陈士华、王丽英、邱保文、杜丽影。GBT 241712-2009IS0 12004-2：2008引 言成形极限图(Forming Limit Dia

5、gramFLD)包含主应变次应变点的图表。FLD能够分辨某个应变数值对于某种材料来说是安全的还是破裂的，从安全点到破裂点的界线定义为成形极限曲线。有两种不同的方法可以测定材料的成形极限：1)对冲废的零件进行应变分析，测定与零件外形和加工工艺有关的FLCs。在冲压车间，这些点的应变路径通常是未知的，成形极限曲线FLC依赖于材料、零件和所选择的成形条件。此方法见本标准第1部分。2)完善的实验室条件下的FLCs测定：为了评价其成形性能，需要对给定材料绘制唯一的成形极限曲线FLC。标准规定对FLC的测定需采用不同的线性应变路径。该方法可应用于材料的性能表征，见本标准第2部分。对于GBT 24171的本

6、部分(关于实验室成形极限曲线的测定)，下面的条件也是有效的：成形极限曲线(FLCs)用于确定指定的材料在受到拉延、胀形或拉延胀形相结合时能够达到的变形程度。这种能力受到裂纹产生、局部缩颈的限制。存在有许多测量材料成形极限的方法，但应指出的是，采用不同的方法得到的结果不能用于比较的目的。FLC表征了经过一定热一机械处理后特定厚度材料的变形极限。材料的力学性能和材料在FLC测量前的历史等附加信息对于成形性能的判断都是重要的。为了比较不同材料的成形能力，不仅要判断FLC，而且下面的参数也是重要的：a)至少主方向的力学性能；b)最大力塑性延伸率，参照GBT 228；c)给定变形区间的r值，参照GBT

7、5027；d) 给定变形区间的n值，参照GBT 5028。GBT 241712-2009ISO 120042：2008金属材料薄板和薄带成形极限曲线的测定第2部分：实验室成形极限曲线的测定1范围GBT 24171的本部分规定了在室温和线性应变路径下测定成形极限曲线(FLC)的试验条件及方法。本部分适用于试验材料是平直的、厚度在03 mm4 mm之间的金属材料。注：4 mm的厚度上限是由材料最大允许厚度与冲头直径的比值确定的。对于薄钢板，推荐厚度的最大值为25 mm。2符号及说明本部分采用表l中的符号及说明。表1符号及说明符 号 说 明 单位工程应变 一h1(1+P) 真实应变(对数应变)J 主

8、真实应变2 次真实应变e3 厚向应变标准偏差D 冲头直径Dbh 凹模直径X(0)，X(1)x方向位置X(m)X(n)r(z)一口z2+bx+f 最佳抛物线拟合公式，(z)一(az2+bz+c) 最佳反抛物线拟合公式S(0)，S(1)S(5) 截面x方向位置点数失效位置截面数量拟合区域宽度知 初始板厚塑性应变比3原理FLC用于表示材料在设定的线性应变路径变形条件下的近似的固有极限。为了准确测定FLC，在测量区域需要保持近乎无摩擦的状态。1GBT 241712-20091150 12004-2：2008首先在平直无变形的板料表面印制选定的、尺寸精确的网格或随机斑点图案。然后采用Nakaiima或M

9、arciniak方法对板料进行变形直至破裂、停止试验。测量宜使用“位置相关”的方法(见52)。注：“时间相关”方法正在开发中。测量变形后试样的应变，应变处理时忽略结果中缩颈或者破裂部分，然后通过插值确定材料不发生失效所能承受的最大应变。插值曲线中的最大值被定义为成形极限。成形极限由几种应变路径(1和e，之间的不同比值)测量得到。测量的应变路径范围从单向拉伸到双向拉伸(胀形)。不同应变状态下收集的单个成形极限数据点连接起来即可得到成形极限曲线。绘于图中的曲线表示了薄板表面两真实应变1和，的一种函数关系，即成形极限图。x轴代表了次真实应变，Y轴代表了主真实应变e，(见图1)。标准的转换公式允许计算

10、主真实应变(毛)和次真实应变(s：)。下文中，应变指真实应变，也称为对数应变。r一5x次真实应变岛；y主真实应变；FFLC：l单向拉伸e：一 r(1+r)1；2一般拉伸应变；3平面应变；4一般胀形；5一般胀形；6等双向拉伸(一胀形应变状态)e：一E。图1 六个不同应变路径的示意图4试样和试验设备41试样411试样厚度本试验使用厚度在o3 mm4 mm之间的平直金属薄板。412试样几何形状推荐的试样几何形状如下：2GBT 241712-200911S0 120042：2008哑铃型的试样在中间有超过冲头直径z5的平行部分(对于100 mm的冲头，建议平行部分的长度为25 mm50 mm，过度弧半

11、径为20 mm30 ram)，见图2。1平行部分长厦2平行部分宽度；3过度弧半径：R一20 mm30rnm。图2带平行部分的哑铃型试样(狗骨头形状)Lo时，可以使用不同曲率半圆弧切边得到的试样。对于钢板(主要是低强度级别的)，如果试样在凹模圆角部位不发生破裂，采用不同宽度的矩形薄带试样就足够了，否则采用上述的试样形状。相比于矩形带状试样，采用外圆弧形状的板料可以获得分布更均匀一致的成形极限试验数据点。413试样的制备在保证试样边缘不产生裂纹的前提下，可采用铣削、线切割或其他不会产生裂纹、加工硬化和改变显微组织的方法。414不同几何形状试样的数量为了描述完整的FLC至少需要5组不同几何形状的试样

12、(目的是得到从单向到等双向拉伸分布均匀的FLC)。如果不需要完整的FLC，不同几何形状试样的数量可以减少但应在测试报告中予以说明。415每种几何形状试样的数量试样数量应能保证至少3个有效的样本。42网格的使用421网格尺寸推荐的网格尺寸取1倍左右的材料厚度(由于缩颈宽度的原因，网格尺寸同材料厚度有关)，允许的最大网格尺寸为25倍材料厚度，对于100 mm的冲头允许的最大网格尺寸为01英寸(254 ram)。通常使用的网格尺寸为1 mm或2 mm。小网格由于准确度不高而不常使用(如果未变形的网格在试验前不进行测量的话)。对于随gI,l羁案，虚拟网格的尺寸宜同推荐的网格尺寸相一致，也可以使用更小的

13、虚拟网格。422网格的印制印制的网格(如：方形、圆形、点阵)宜具有良好的对比度，不会留下刻痕或改变材料的显微结构。一些常用的技术有电化学、照相、丝网印刷和网格转印。随机图案(散斑)可以喷涂到试样表面，涂料同表面的结合力应在变形后予以检查，喷涂一层薄的、亚光的白色基底可以减少来自试样表面的反光，随后可以喷涂云雾状随机分布的黑色斑点(例如黑色的喷漆或墨粉)。3GBT 241712-2009S0 120042：2008423未变形网格的精度为了获得2Voo的系统准确度，基于1倍标准差(1d)的初始网格的准确度应优于I。这种情况仅适用于不考虑对未变形条件进行评估的系统。43试验装置431一般要求下面的

14、参数对NakNima和Marciniak试验都有效：冲头速度：(15土05)mms；防止材料流人：为了保证近乎线性的应变路径应尽可能阻止材料的流人。可行的方法有：用拉延筋，合适的板夹持力，锯齿状或滚花的模具(在最后两种方法不会导致局部应变集中或者裂纹的前提下)；板夹持力，单位为千牛(kN)：尽可能阻止材料流人；试验温度：(23土5)；试验方向：对于给定的FLC，所有试样的主方向应取最低极限应变e，或e，的方向并且相对于轧制方向是一致的，见图3；铝：纵向的(平行部分平行于轧制方向)；钢：除了特殊情况一般为横向的(平行部分垂直于轧制方向)。如果测试方向(纵向或者横向)未知则应通过双向应变试验或其他

15、合适方法检查；冲头表面粗糙度：冲头表面的接触部位需进行抛光；凹模材料及硬度：硬化钢；压边圈形状：圆环状压边圈，见图4；试验停止判据：出现裂纹；裂纹检测：目测或载荷下降。4a轧制方向(RD)。a)钢图3平行部相对于轧制方向(RD)的取向b)铝GBT 241712-2009NO 12004-2：2008D落料宽度与冲头直径相等；1有切口的锯齿状压边圈；2板料；3冲头。注：为了与理想的线性应变路径更接近和获得更均匀的真应变数值分布，可以使用有切口的圆环状压边圄(建议切口宽度等于冲头直径)。图4有切口的压边囤432应变测量a)系统准确度：测量系统在基于一倍标准偏差(10)下的系统准确度宜优于2(准确度

16、依赖于网格准确度分辨力、相机分辨率、测量区域、计算方法)。b)未变形网格精度：初始网格在基于一倍标准偏差(1a)下的准确度宜优于1(仅对未变形条件不进行评估的系统有要求)。c)测量装置：可以采用任何方便的测量装置，测量装置的不确定度应小于测量长度的1。推荐使用的相机和软件允许的在基于1倍标准偏差(1d)下的准确度要优于2。d)应变测量：应变测量可以通过测量最终网格的尺寸进行，此时初始网格的准确度是知道的(O。如果这些条件不满足就需要决定是否进一步使用这些数据。可以采用线性拟合程序，或采用拟合区域内部极限位置的应变平均值(见图9)。用这一类特殊方法时需要进行说明。b)应变屯通过厚向真应变，3(z

17、)的最佳拟合间接确定，即通过3一一(c】+)f3(z)一一Ef。(z)+，2(z)获得。最佳二阶反向抛物线，3(z)一1(ax2+h+c)在a)的范围内进行拟合，在裂纹位置的结果就是极限应变e，。如同a)所述也同样需要检查双曲不稳定性。极限应变e：Ef2(z)是通过在裂纹位置得到的极限厚向真应变屯，3(z)和真应变e，Ef，(X)，根据，一一(e，+e，)计算得到的。x弧长，单位为毫米；Y主真应变气；1双向应力状态下的成形极限；2双向应力下的拟合区域；3双向应力下的应变分布；4单向应力状态下的成形极限；5单向应力下的拟合区域；6单向应力下的应变分布。翻c1 在单向和双向应变分布下测定，(缩颈开

18、始)的示例y5432100OOOGBT 241712-2009$0 120042：2008附录D(规范性附录)网格的应用和测量用放大镜或显微镜进行测量采用放大镜或显微镜进行测量时需要满足下面的技术条件：网格类型：有重叠的圆网格；未变形网格的准确度：1的网格大小；测量设备：放大镜或显微镜；设备准确度：1的网格大小；位置和测量过程：通过测量垂直于裂纹的最大应变位置的椭圆确定“钟形曲线”(大约裂纹两边各20 ram)。GBT 241712-2009ISO 12004-2：2008附录E(资料性附录)用于验证计算程序的试验数据表用于验证计算程序的试验数据如表E1所示。表E1分类 文件名 次应变毛 主应

19、变eA) 0604一section5 0246 030iB) 0604一section6 0244 0299C) 060 4一section7 0244 0300D) 0675mod-1一section0 0112 0350E) 0675mod-1一sectionl 一0121 0375F) 0675mod-1一section2 0119 0372G) DC0645一Isection0 0023 0392H) DC06451一sectionl 一00i9 0387I) DC06 45 1一section2 0023 0413J) ZStE-45-1一section0 0007 0267K) Z

20、StE-451一sectionl 0008 0263L) ZStB45-1一section2 0008 027517GBT 241712-2009IS0 120042：2008附录F(规范性附录)FLC的数学描述和表示对于所有截面的应变对(，)的图形表示，按如下过程进行：将e和e，的数值以表格列举(见表F1)；属于相同试样(不同的截面)的(，)和具有相同形状的试样都要进行归类标识；如：1Ab1Ac，1Ba，1Bb，1Bc，1Ca，1Cb，iCc，2Aa，2Ab计算了对应于每个试样和每种形状的平均值及标准偏差；另外采用常用函数也能进行回归，应报告用于确定FLC曲线的数学方法或函数；具有相同形状的

21、试样的所有截面分散度的标准偏差需确定。表F1数据列格式测量值 试样平均 几何形状平均 试样几试样号 截面1 屯 El 屯 l E2 何形状# # 1 A# # 1 A b# # # # 1 A# # 1 B# # 1 B b# # # # 1 B# # 1 C# # 1 C b# # # # # # 1 C# # 2 A# # 2 A b# # # # 2 A# # 2 B# # 2 B b# # # # 2 B# # 2 C# # 2 C b# # # # # # 2 C18h0650605505045GBT 241712-20091S0 120042：2008附录G(资料性附录)极端的横截

22、面数据例子j1 ，2。 l， yl -，l。一| 、 、 、 、一二：衮；连弧；”320 350 30 250 2x弧长，单位为毫米；y，可变形钢材的主真应变e，；yz铝镁合金的主真应变e，；l测量得到的未进行充分润滑的钢变形后的应变分布，一边有极大点；2测量得到的未进行充分润滑的铝镁合金的应变分布，多个极大点；3测量得到的各向异性铝镁合金由于动态应变时效的应变分布。图G1 极端的横截面数据示例测量的应变分布会导致非理想FLC数值的三个示例：1)有单边极点的可变形钢材：由于不充分的润滑裂纹没有发生在拱顶的中间位置。在这种情况下，二阶导数的方法有效(523。图8)但反向抛物线拟合(524，图9)

23、会导致非理想的残余应变分布拟合。而且，使用最佳拟合逼近时裂纹的一边(这里是左边)点数较少。2)A1一Mg合金试样上的多极点：多极点产生的原因同1)介绍的一样，但问题更严重。拟合区域左边包含了第二极点的一部分，会导致一个错误的最佳反抛物线拟合。在最严重的情形下，计算的最小的最佳拟合逼近会导致对极限应变的低估。3) 由于动态时效A1一Mg合金非均匀的应变分布上有很多小极点，这是此类材料的一种常见效应。二阶导数方法(523，图8)和使用反抛物线的最佳拟合方法都不一定会给出好的结果。计算的最小的最佳拟合逼近会导致对极限应变的低估。GBT 241712-2009IS0 120042 12008附录H(规

24、范性附录)从测量应变分布到FLC数值的流程图在裂纹两边各设定至少40 mm(至少 在裂纹两边各设定至少40 mm(至少有20个点)的三个剖面(52，图7) 有20个点)的三个剖面(52，图7)分别在最高应变的两边不少于4 mm的范围内用抛物线拟合计算裂纹的位 以相联单元点之间作为中间点计算裂纹的位置523a)1)置523a)1)，a)2)丫人入分别在裂纹两边确定不少于4点的6 mm范围(52 3c)分别在裂纹两边的区域计算二阶导数 用平滑的5点最小平方抛物线拟合计算并确定最靠近破裂位置的第一个晟大 二阶导数并确定最靠近破裂位置的局部值(无过滤的三点抛物线插值) 最大值(无过滤的三点抛物线插值)

25、523b)，附录A) 523d)，附录A)K入GBT 241712-2009IS0 12004-2：2008l通过在裂纹两边的拟合区域采用最小平方近似，对区域内的主ll应变和厚向应变进行晟佳倒数抛物线拟合；次应变采用体积不ll变原理进行计算524，图9，附录c a)、b)，图c1 I计算的破裂位置的主应变和次应变值就是截面的成形极限应变l524，图9，附录C a)、b)，图C1l形极限曲线FLc的平均值(7，附录F)I收集每个几何形状不同试样的平均FLc值并计算每个几何形状lI的平均值(7，附录F)21GBT 241712-20091SO 12004-2：20081GBT 2282GBT 5027参考文献金属材料室温拉伸试验方法(GBT 228 2002，eqv IsO 6892：1998)金属材料 薄板和薄带塑性应变比(r值)的测定(GBT 5027 2007ISO 10113：2006，IDT)E3GBT 5028金属材料薄板和薄带拉伸应变硬化指数(n值)的测定(GBT 5028-2008ISO 10275：2007，MOD)