新聞動(dòng)態(tài)
NEWS
車用鋁合金5182_O準(zhǔn)靜態(tài)單向拉伸試驗(yàn)
來源:
|
作者:納百川鋁業(yè)
|
發(fā)布時(shí)間: 2022-11-06
|
549 次瀏覽
|
分享到:
01 準(zhǔn)靜態(tài)單向拉伸試驗(yàn)
汽車車身輕量化是解決節(jié)能減排問題的有效途徑之一。鋁合金有著密度小、比強(qiáng)度和比剛度高、易于成型等特點(diǎn)，可以給汽車提供更輕的車身質(zhì)量，減少資源的消耗。同時(shí)，鋁合金擁有較高的工藝性能，能夠保證汽車的安全碰撞要求，因此被廣泛應(yīng)用于汽車、輕型貨車、地鐵及航天航空等領(lǐng)域，但對(duì)其性能的研究仍然不夠全面，特別是隨著其他合金的不斷出現(xiàn)，對(duì)鋁合金成型性能及基礎(chǔ)性能的要求也越來越高?；诖耍恼聦?duì)進(jìn)口鋁板與國(guó)內(nèi)鋁板進(jìn)行了性能差異分析。
試驗(yàn)?zāi)康?/strong>
本次試驗(yàn)的試樣由鋁合金5182_O制備，采用標(biāo)準(zhǔn)GB/T4228—2005，對(duì)試樣進(jìn)行了0度、45度、90度3個(gè)方向的單向拉伸試驗(yàn)，觀察3個(gè)方向上鋁合金的性能差異；并通過單向拉伸獲得鋁合金的載荷位移關(guān)系曲線圖，求出應(yīng)力應(yīng)變曲線，分析提取后得到材料的彈性模量、屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、延伸率及厚向異性指數(shù)，對(duì)比進(jìn)口鋁板與國(guó)內(nèi)鋁板的性能差異。
試樣制備
試驗(yàn)采用進(jìn)口鋁板與國(guó)內(nèi)鋁板對(duì)比的形式展開分析，先用激光切割機(jī)將鋁板切割出規(guī)定尺寸的試樣，如圖1所示。試樣試驗(yàn)區(qū)域長(zhǎng)度為75mm，寬度為12.5mm，厚度為1.2mm。
試樣制備
準(zhǔn)靜態(tài)單向拉伸試驗(yàn)在溫室環(huán)境下（10~35攝氏度）進(jìn)行，將試樣及夾頭安裝在INSTRON3382型號(hào)拉力機(jī)上，在試驗(yàn)開始之前，需要注意以下2點(diǎn)，盡量減少操作的誤差，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性：
1）固定試樣時(shí)，要使試樣的長(zhǎng)度方向與拉伸方向盡量保持一致，若偏離了拉伸方向，試驗(yàn)結(jié)果所得數(shù)據(jù)將不準(zhǔn)確；
2）在固定試樣的過程中，夾緊塊的攢動(dòng)會(huì)造成試樣內(nèi)部存在一個(gè)初始的拉伸應(yīng)力或擠壓應(yīng)力，這也會(huì)造成試驗(yàn)數(shù)據(jù)的不準(zhǔn)確，需要對(duì)夾緊裝置的初始位置進(jìn)行微調(diào)，使試樣內(nèi)應(yīng)力趨近于0時(shí)，將試驗(yàn)數(shù)據(jù)清零，再進(jìn)行試驗(yàn)。
裝夾好試樣并按照上述2個(gè)步驟清零數(shù)據(jù)后開始測(cè)試，以2mm/min的速度勻速拉伸，得到試樣拉伸斷裂結(jié)果，并且10組數(shù)據(jù)全部測(cè)試完畢，如圖2所示。
02 應(yīng)力應(yīng)變曲線及材料力學(xué)性能參數(shù)確定
載荷位移曲線
分別將2種編號(hào)的材料拉伸至發(fā)生斷裂后，測(cè)量出斷裂時(shí)試驗(yàn)區(qū)域的長(zhǎng)度值，如表1所示。
應(yīng)力應(yīng)變曲線
將測(cè)量得到的載荷與位移關(guān)系曲線，轉(zhuǎn)換成工程應(yīng)力應(yīng)變曲線。工程應(yīng)力應(yīng)變曲線并未真實(shí)地反映出材料隨應(yīng)變變化的關(guān)系，因而需要將工程應(yīng)力應(yīng)變曲線轉(zhuǎn)化成真實(shí)應(yīng)力應(yīng)變曲線。工程應(yīng)力應(yīng)變轉(zhuǎn)化成真實(shí)應(yīng)力應(yīng)變的依據(jù)，如式（1）~式（4）所示。
假設(shè)：在拉伸力達(dá)到最大之前，試樣中間段的變形是均勻一致的，不考慮操作人員的操作誤差，則：
綜上，求出試驗(yàn)數(shù)據(jù)后，得到應(yīng)力-應(yīng)變曲線圖，如圖4所示。根據(jù)1組的數(shù)據(jù)可以求出，材料的屈服點(diǎn)在150MPa左右，超過該值后材料發(fā)生塑性變形，抗拉強(qiáng)度在300MPa左右；2組數(shù)據(jù)的材料的屈服點(diǎn)在120MPa左右，抗拉強(qiáng)度在280MPa左右。由此可知，進(jìn)口鋁板的屈服強(qiáng)度及抗拉強(qiáng)度均略高于國(guó)內(nèi)鋁板。
根據(jù)圖4提取出2組數(shù)據(jù)的彈性模量、屈服強(qiáng)度、抗拉極限（抗拉強(qiáng)度）、延伸率及厚向異性指數(shù)，如表2所示。從圖4和表2中可知，材料在0度、45度、90度3個(gè)方向上的單向拉伸流變應(yīng)力基本保持一致，變化趨勢(shì)相同；且在3個(gè)方向上存在著一定的各向異性，其中，45度的最為明顯；同時(shí)90度方向上的延伸率達(dá)到最大值，所以成型性能比較好。從測(cè)量求出的數(shù)據(jù)上看，進(jìn)口鋁板測(cè)量出的彈性模量、斷后延伸率以及厚向異性指數(shù)都比國(guó)內(nèi)鋁板的數(shù)值要大，因而進(jìn)口鋁板的成型性能也比較好。
03 結(jié) 論
綜上可以得出：
1）由載荷0位移關(guān)系曲線可知，進(jìn)口鋁板所能承受的拉伸力在4570~4590N，國(guó)內(nèi)鋁板所能承受的拉伸力在4229~4300N。
2）從2組材料的厚向異性指數(shù)來看，進(jìn)口鋁板的數(shù)值較大于國(guó)內(nèi)鋁板，說明進(jìn)口鋁板抵抗變薄的能力要強(qiáng)于國(guó)內(nèi)鋁板；從0度、45度、90度3個(gè)拉伸方向上看，材料長(zhǎng)度方向與軋制方向成90度時(shí)，厚向異性指數(shù)最大，抵抗變薄的能力更強(qiáng)。
3）進(jìn)口鋁板的屈服強(qiáng)度約為150MPa，抗拉強(qiáng)度最大可達(dá)300MPa；而國(guó)內(nèi)鋁板的屈服強(qiáng)度約為120MPa，抗拉強(qiáng)度最大可達(dá)280MPa。
4）2組編號(hào)材料的延伸率最大值出現(xiàn)在與軋制垂直的方向上，進(jìn)口鋁板最大延伸率為25.8%，而國(guó)內(nèi)鋁板的最大延伸率為26.9%，均高于0度與45度的斷后延伸率，所以當(dāng)拉伸方向與軋制方向成90度時(shí)，材料的成型性能較好。
基于鋁合金5182_O準(zhǔn)靜態(tài)單向拉伸試驗(yàn)求出的材料性能參數(shù)，還需要進(jìn)行進(jìn)一步的仿真和現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，在實(shí)際應(yīng)用中不斷積累經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)和完善。對(duì)以下3個(gè)方面，還將進(jìn)一步研究：
1）對(duì)鋼板和鋁板的成型性能做模擬仿真分析，觀察兩者對(duì)零件起皺、開裂、回彈的影響；
2）對(duì)進(jìn)口鋁板和國(guó)內(nèi)鋁板的成型性能做模擬仿真分析，觀察兩者對(duì)零件起皺、開裂、回彈的影響；
3）現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證：按照模擬仿真分析流程對(duì)板材進(jìn)行沖壓成型，觀察其起皺、開裂情況，并記錄回彈數(shù)據(jù)，與模擬仿真結(jié)果進(jìn)行比對(duì)