Page 22 - 理化检验-物理分册2024年第十期

方 健，等：金属材料瞬时拉伸应变硬化性能的标准化

1.2 拉伸瞬时应变硬化指数的测定 （2）对于瞬时n值，假定在一微小应变区间内，
现行GB、ISO、ASTM标准体系内所评测的加 真应力与真应变满足式（1）所示的关系。
工硬化指数均是在假定金属薄板符合Hollomon关系 σ ε=k n （1）
的前提下计算规定应变范围内的“区间回归” n值，
式中： σ 为真应力； k为强度系数； ε 为真应变。
即真应力-真应变在双对数坐标下的线性回归斜率。 对式（1）进行微分等价变换，并变微分为差分，
然而，随着各类强化机制所主导的先进高强钢 结果如式（2）所示。
板，如DP、TRIP、TWIP钢，特别是经济型第三代汽 σ ε σ ε σ ∆
车板QP钢的广泛应用，Hollomon关系已不足以准 n = dln = d = ⋅ ⋅ （2）
dlnε σ dε σ ε ∆
确表征先进高强钢的强度和塑性关系。与此同时，
真应力-真应变曲线的光滑连续性对式（2）的
通过拉伸试验评价材料的加工硬化性能已成为揭示
差分结果影响较大。一般情况下，由于曲线的毛刺
材料内在微观组织机制的有效宏观手段，如拉伸应
与抖动，相邻两点间的斜率差分值波动较大。此时
变硬化与相变增塑、残余奥氏体分数相关性等。因
可采用类似“数值平滑算法”进行光滑处理 ，建议
[2]
此，为了定量表征先进高强钢板特有的强化机制，国
优先采用T/CSTM 00514—2022 附录A中介绍的
际钢协汽车轻量化组织在《先进高强钢板应用指南》
“变带宽移动回归算法”。
中已明确要求，除传统n值外，还需评测屈服后均匀
对于拉伸应变硬化率，即定义应变硬化率m，如
变形初始时刻的瞬时n值，如n 5 ，即5%应变时刻的
式（3）所示。
瞬时n值，以及n值随应变变化的关系曲线。在我国
钢铁冶金行业，已有学者报道过基于拉伸应力-应变 = m d σ = ∆ σ （3）
ε ∆ ε d
曲线，用差分法计算瞬时n值的方法 。
[1]
任意应变时刻m即为真应力对真应变的导数，
1.3 拉伸应变硬化率的测定
数学上可采用式（2）的差分外加数值平滑处理，得
在重点新材料研发品种中，对于深海输油输气
到拉伸应变硬化率随应变的演化关系曲线。
管线领域中的大变形管线钢产品、连续型油管产品、
在具体拉伸试验过程中，由试验机获得拉伸工
高技术船舶用钢领域中的高塑性耐撞型海工用钢
程应力-工程应变曲线，应根据评测拉伸应变硬化
等，由于产品在具备高强度的同时还要求保持良好
性能的实际需求预先确定均匀塑性变形的范围，再
的塑性，因此加工硬化性能已成为指导材料研发应
参与后续计算。当按照T/CSTM 00514—2022 测
用的重要依据。对于厚板圆形拉伸试样，目前尚无
定整个拉伸均匀变形过程中的瞬时拉伸应变硬化性
可引用的硬化性能评价方法。此外，除应变硬化指
能时，应设定均匀塑性应变范围，包含由屈服后拉
数、瞬时n值外，应变硬化率，即实测真应力与真应
伸曲线单调递增的起始时刻直至最大力时刻。按照
变的一阶导函数，也是评价材料加工硬化行为的常
式（2）与式（3），并采用附录A对差分计算后的瞬
用指标，可用于指示微观组织特征。
时n值与m值振荡曲线进行数值平滑处理，最终获
2 T/CSTM 00514—2022 方法原理及其技 得可靠的瞬时拉伸应变硬化性能曲线，以及设定应
术要求 变时刻的应变硬化指数（n i ）与瞬时硬化率（m i ）。与
2.1 方法原理 GB/T 5028—2008标准中方法A与方法B类似，如
T/CSTM 00514—2022标准由“中关村材料试 试验相关方协商一致，可采用不扣除弹性应变的真
验技术联盟”于 2022年2月24日发布，2022年5月 实应变参与计算。
24日实施，归口于中国材料与试验团体标准委员会 2.2 技术要求
钢铁材料领域委员会（CSTM/FC01），主体部分与 有关试验设备的要求，T/CSTM 00514—2022
现行国家标准GB/T 5028—2008保持一致，而将现 的规定优于GB/T 5028—2008标准。具体如下所示。
行国标7.8条款中“计算和绘制瞬时应变硬化率-应 （1）拉伸试验机应满足GB/T 16825.1—2022
变关系曲线也是有意义的”扩充为该CSTM标准， 《金属材料 静力单轴试验机的检验与校准 第1部分：
并有如下新增的技术内容。 拉力和（或）压力试验机 测力系统的检验与校准》中
（1）对于圆形与厚板试样，论证采用现有区间回 的1级或优于1级的要求，采样频率不低于50 Hz，试
归n值的测定方法。 样的夹持方式应符合GB/T 228.1—2021《金属材
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