【老难题有新妙招】如何减少金属板材的应变测量以及r值的数据波动?

常言道,产业推动变革。随着金属板材的三大产业:汽车业、消费品和航空业对材料要求的不断升级,相应的材料测试标准也必须逐渐与之适应。金属材料的成形性能是区别于复合材料的一大特性,通常我们会使用应变硬化指数(n值)和塑性应变比(r值)来进行评估。今天我们着重来讨论一下后者。

*金属板材的塑性应变比(r值)是指金属薄板在某平面内承受拉力或压力时,抵抗变薄或变厚的能力。由这个概念可知,r值是金属板材受力时宽度方向和厚度方向的应变比。但由于厚度变化难以测量,所以通过体积不变原理,测量试样标距内的轴向应变和横向应变,以表征长度和宽度方向的尺寸变化。

金属板材的塑性应变比(r值)是指金属薄板在某平面内承受拉力或压力时,抵抗变薄或变厚的能力但由于厚度变化难以测量,所以通过体积不变原理,测量试样标距内的轴向应变和横向应变,以表征长度和宽度方向的尺寸变化。

对于r值的测量,现行的测量方案是横向引伸计与轴向引伸计配合使用。大多数的横向引伸计仅提供“单点接触”的测量方式,即在一个固定位置测量横向应变。也有些引伸计可提供两个固定位置的平均横向应变。这两种引伸计的测量方式可以胜任反映具有“均匀应变”特点(即在被加载至抗拉强度过程中,呈现出的均匀应变分布)的样品的真实横向变形。但是如果样品不具备这一特点,将可能导致每次得到的试验数据存在巨大差异。r值是金属测试中最敏感的测试结果,很小的数据误差也会导致r值的很大变化,材料的PLC(Portevin-Le Chatelier)效应是这背后的主要原因之一。

PLC效应是指在一定的温度,应变率和预变形下, 合金材料中在拉伸试验中出现的一种不规则的塑性流动

PLC效应是指在一定的温度,应变率和预变形下, 合金材料中在拉伸试验中出现的一种不规则的塑性流动。其表现为连续的应力-时间曲线上的锯齿形起伏和应变-时间曲线上的阶梯状上升。而在空间上, 这种不规则的塑性流动导致了应变局域化现象, 表现为在试件表面上出现的静止的、跳跃的或连续传播的局部变形带。

但采用1或2个横向应变代表整个试样平行长度的横向应变时,则受PLC效应的影响很大

由于轴向引伸计覆盖了大部分平行长度,因此受PLC效应的影响不大。1或2个横向应变代表整个试样平行长度的横向应变时,则受PLC效应的影响很大。在下图中看到拉伸过程中,样品在宽度方向上的变化会出现很大的间隔,连续性欠佳,不利于得到准确的结果。

实际得到的结果也具有很大的误差

实际得到的结果也具有很大的误差。下图是同一过程中通过多个测量点得到的r值波动,在不同测量点上差异高达0.4。结果重复性差,使测试人员在实际操作中不得不一次又一次反复测试加以验证,缩小误差,大大增加测试时长,效率低下。

BS EN ISO 10113:2020标准的r值测试指导已明确建议对于表现出PLC效应的材料的横向应变采用平均横向应变进行测量。如何真正做到“平均” ,就是考验各引伸计厂商智慧的时候了。

AverEdge32™是英斯特朗现有的高级视频引伸计AVE 2的一个先进功能选项

AverEdge32™是英斯特朗现有的高级视频引伸计AVE 2的一个先进功能选项,它利用无标记边缘检测技术,同时测量轴向应变长度中的32个位置的横向应变,然后将其平均为一个平滑的可重复的横向应变值。

提炼一下重点

  • 可以添加到现有的AVE 2,一步实现轴向和横向应变测量
  • 基于非接触式的应变测量方式,无需手动做横向的标记
  • 测量范围从试样的一侧边缘到另一侧边缘
  • 32 条横向宽度测量,并实时平均所有32个横向测量数据
  • 专门用于测量金属薄板的r值,满足ISO 10113, ASTM E517, JIS 2254 & GB/T 5027等通用标准

以典型的具有PLC效应的5000系铝合金为例,采用AverEdge32™测量之后的数据改善程度优越(见下图)。与单点测量相比,r值离散性从31.7%锐减至1.6%,下降了近20倍。这样小的误差意味着大大提高了测试结果的可重复性,消除了反复测试验证的冗长工作,加速测试流程。

以典型的具有PLC效应的5000系铝合金为例,采用AverEdge32™测量之后的数据改善程度优越

英斯特朗始终关注市场的声音,致力于为客户的痛点提供便捷可靠的解决方案。AverEdge32™就是有力例证之一,希望能或多或少帮助您纾解以下这些烦恼。

 

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