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應(yīng)變比檢測(cè)

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發(fā)布時(shí)間：2025-08-05 15:09:23 更新時(shí)間：2025-08-04 15:09:23

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作者：中科光析科學(xué)技術(shù)研究所檢測(cè)中心

應(yīng)變比檢測(cè)

應(yīng)變比，在材料力學(xué)特別是金屬薄板成形性能評(píng)價(jià)中是一個(gè)極其關(guān)鍵的參數(shù)。它衡量了材料在塑性變形階段，寬度方向應(yīng)變與厚度方向應(yīng)變之間的比值（通常表示為r值）。該比值直接反映了材料抵抗厚度減薄的能力，是表征材料平面各向異性程度的核心指標(biāo)之一。較高的應(yīng)變比值通常意味著材料在深沖、拉延等成形工藝中具有更好的抗破裂性能和更均勻的變形能力，對(duì)于汽車覆蓋件、電子外殼、容器等沖壓件的生產(chǎn)至關(guān)重要。因此，精確、可靠地測(cè)定材料的應(yīng)變比，對(duì)于材料選擇、工藝設(shè)計(jì)、模具開發(fā)以及產(chǎn)品質(zhì)量控制都具有重大的工程應(yīng)用價(jià)值。

檢測(cè)項(xiàng)目

應(yīng)變比檢測(cè)的核心項(xiàng)目是測(cè)定材料在單軸拉伸條件下，特定塑性應(yīng)變水平（通常為均勻塑性變形范圍內(nèi)的某點(diǎn)，如10%, 15%, 20%）的塑性應(yīng)變比r值。具體包括：

平均塑性應(yīng)變比 (r_m)：材料在軋制平面內(nèi)0°（軋向）、45°和90°（橫向）三個(gè)方向上測(cè)得的r值的算術(shù)平均值。
塑性應(yīng)變比各向異性 (Δr)：材料在不同方向（0°, 45°, 90°）上r值的差異程度，通常計(jì)算為 (r₀ + r₉₀ - 2*r₄₅) / 2。
有時(shí)也需測(cè)定應(yīng)變硬化指數(shù)n值，作為材料成形性能的補(bǔ)充評(píng)價(jià)指標(biāo)。

檢測(cè)儀器

進(jìn)行應(yīng)變比檢測(cè)需要高精度、功能完善的力學(xué)測(cè)試系統(tǒng)：

電子萬能材料試驗(yàn)機(jī)或液壓伺服試驗(yàn)機(jī)：能提供穩(wěn)定、可精確控制的拉伸載荷，具備高分辨率的力值測(cè)量系統(tǒng)。
高精度引伸計(jì)系統(tǒng)：這是測(cè)量應(yīng)變的關(guān)鍵設(shè)備。
- 軸向引伸計(jì)：用于精確測(cè)量試樣標(biāo)距內(nèi)的軸向（長度方向）應(yīng)變?chǔ)?sub>l。
- 橫向引伸計(jì)：用于精確測(cè)量試樣標(biāo)距內(nèi)的橫向（寬度方向）應(yīng)變?chǔ)?sub>w。
數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：能夠高速同步、高精度地實(shí)時(shí)采集力值、軸向應(yīng)變和橫向應(yīng)變數(shù)據(jù)。
計(jì)算機(jī)及專用測(cè)試軟件：用于控制試驗(yàn)機(jī)、采集數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)（計(jì)算r值等）和生成報(bào)告。

檢測(cè)方法

應(yīng)變比檢測(cè)遵循嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法，主要步驟包括：

試樣制備：按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)（如GB/T, ISO, ASTM）從待測(cè)板材上沿所需測(cè)試方向（0°, 45°, 90°）切割加工標(biāo)準(zhǔn)的矩形拉伸試樣。
試樣尺寸測(cè)量：使用精密測(cè)量工具（如千分尺）準(zhǔn)確測(cè)量試樣的原始寬度b₀和原始厚度t₀。
標(biāo)距標(biāo)記：在試樣平行長度內(nèi)標(biāo)定用于測(cè)量軸向應(yīng)變的標(biāo)距L₀。
裝夾試樣：將試樣兩端牢固夾持在試驗(yàn)機(jī)的上下夾具中，確保試樣軸線與施力方向一致。
安裝引伸計(jì)：
- 將軸向引伸計(jì)小心地安裝在試樣標(biāo)距L₀的兩端。
- 將橫向引伸計(jì)（通常是非接觸式視頻引伸計(jì)或接觸式橫向引伸計(jì)）安裝或?qū)?zhǔn)試樣寬度方向的特定區(qū)域（通常在試樣中部或標(biāo)距內(nèi)）。
設(shè)定試驗(yàn)參數(shù)：在軟件中設(shè)置試驗(yàn)速度（通常采用恒定應(yīng)變速率）、目標(biāo)應(yīng)變水平、數(shù)據(jù)采集頻率等。
執(zhí)行拉伸試驗(yàn)：啟動(dòng)試驗(yàn)機(jī)，按設(shè)定的速率對(duì)試樣進(jìn)行單軸拉伸。在拉伸過程中，系統(tǒng)實(shí)時(shí)同步記錄載荷F、軸向應(yīng)變?chǔ)?sub>l和橫向應(yīng)變?chǔ)?sub>w。
數(shù)據(jù)采集與處理：
- 在設(shè)定的目標(biāo)塑性應(yīng)變點(diǎn)（如ε_l = 10%, 15%, 20%），記錄對(duì)應(yīng)的橫向應(yīng)變?chǔ)?sub>w。
- 根據(jù)體積不變?cè)恚僭O(shè)塑性變形階段體積不變），厚度應(yīng)變?chǔ)?sub>t ≈ - (ε_l + ε_w) 。
- 計(jì)算塑性應(yīng)變比 r 值: r = ε_w / ε_t = - ε_w / (ε_l + ε_w) 。
報(bào)告結(jié)果：分別報(bào)告各測(cè)試方向（0°, 45°, 90°）在特定應(yīng)變水平下的r值，計(jì)算并報(bào)告平均塑性應(yīng)變比 r_m 和塑性應(yīng)變比各向異性 Δr。

檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)

應(yīng)變比檢測(cè)必須嚴(yán)格遵循國際、國家或行業(yè)認(rèn)可的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，以確保結(jié)果的可比性和準(zhǔn)確性。主要標(biāo)準(zhǔn)包括：

國際標(biāo)準(zhǔn) (ISO)：
- ISO 10113: Metallic materials - Sheet and strip - Determination of plastic strain ratio (最早且最廣泛采用的標(biāo)準(zhǔn))
- ISO 10275: Metallic materials - Sheet and strip - Determination of tensile strain hardening exponent (也包含r值測(cè)定)
美國標(biāo)準(zhǔn) (ASTM)：
- ASTM E517 / E517M: Standard Test Method for Plastic Strain Ratio r for Sheet Metal
中國國家標(biāo)準(zhǔn) (GB/T)：
- GB/T 5027: 金屬材料薄板和薄帶塑性應(yīng)變比（r值）的測(cè)定 (等同采用ISO 10113)
- GB/T 5028: 金屬材料薄板和薄帶拉伸應(yīng)變硬化指數(shù)（n值）的測(cè)定 (等同采用ISO 10275)
日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) (JIS)：
- JIS Z 2254: Method for plastic strain ratio of metallic sheet and strip

這些標(biāo)準(zhǔn)詳細(xì)規(guī)定了試樣的形狀、尺寸、加工要求、試驗(yàn)速度、應(yīng)變測(cè)量方法、數(shù)據(jù)處理規(guī)則以及報(bào)告內(nèi)容等，是確保應(yīng)變比檢測(cè)結(jié)果科學(xué)、準(zhǔn)確和具有可比性的根本依據(jù)。檢測(cè)時(shí)必須選用適用于待測(cè)材料和預(yù)期應(yīng)用的最新有效版本的標(biāo)準(zhǔn)。