[科普中国]-应变硬化率

简介

组织的塑性变形行为，以铜为模型材料，计算分析了晶粒尺度、应变率以及温度对亚微米、纳米晶粒组织塑性变形行为的影响。结果表明:相比粗晶铜,亚微米晶铜表现出明显的应变率敏感性,并且应变率敏感系数随晶粒尺度及变形速率的减小而增大;同时,增大变形速率或降低变形温度都能提高材料的应变硬化能力,延缓颈缩发生,进而提高材料的延性.计算分析结果与实验报道吻合。

在实际工程中,人们发现固体材料在受力状态下的变形与时间有关.特别是,在短时强载荷的作用下材料的屈服极限明显升高,应力应变关系依赖于应变率的历史.但是,目前对应变率硬化效应的定量研究尚较少，应变率对材料硬化效应的影响.假设应变率不仅使加载面作各向同性的均匀胀缩,而且还使它在偏应力空间产生一个移动量,移动量的大小与塑性应变率成正比,从而得到反映鲍氏效应的动力加载条件1。

应变硬化率指数应变硬化指数n值 ：n值的物理含义是材料均匀变形的能力。n值大材料不易进入分散失稳，材料应变强化的能力强（即把变形从大应力处向小应力处转移的能力），n值隐含的物理意义是整个变形区域上应变分布的均匀性。

低合金高强钢屈服强度及应变硬化率的影响通过力学性能测试和显微组织观察研究了应变时效对双相钢和低合金高强钢屈服强度及应变硬化率的影响。结果表明:经过2%预应变之后,双相钢的屈服强度提高了106MPa,低合金高强钢的屈服强度提高了28MPa;预应变之后再经历烘烤,双相钢的屈服强度提高了149MPa,而低合金高强钢的屈服强度只提高了66MPa;预应变或烘烤硬化之后,两种钢的应变硬化率均降低,但双相钢仍然具有很强的应变硬化能力,其应变硬化率接近于低合金高强钢未预应变条件下的;铁素体马氏体组织赋予了双相钢比低合金高强钢更强的应变硬化能力2。

应变硬化率对屈曲约束支撑框架残余变形影响采用概率地震需求分析(PSDA)方法,评估核心型钢应变硬化率对屈曲约束支撑框架(BRBFs)残余侧移的影响。结果表明,应变硬化率变化仅为1%时,框架低层和中间层的残余侧移显著增加,BRBFs的恢复能力显著减小。另一方面,最大侧移与应变硬化率近似相互独立。震后出现较大永久侧移会对结构的性能带来严重影响,因此,准确的材料试验对结构安全十分重要。

总结研究了不同类型材料应变硬化的变化特征,结果表明:存在应变诱发马氏体转变的亚稳奥氏体不锈钢、TRIP钢平均硬化率最高,硬化指数随应变的增加呈抛物线型变化;变形后无相变但组织转变为孪晶结构的奥氏体锰钢硬化率次之,硬化指数n随应变量呈线性变化;组织无变化的稳定态材料硬化率最低,n是常数3。