基于冷加工的45钢塑性本构关系研究-论文.pdf

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1、基于冷加工的45钢塑性本构关系研究Researchofthermo-plasticityconstitutiverelationofthe45steeIonthelow-strainratio孙红婵，胡冰，李展辉，琚立颖，张桓SUNHong—chan，HUBing，LIChen-hui，JULi．ying，ZHANGHuan(华北理工大学机械工程学院，唐山063009)摘要：基于冷加工、正火热处理工艺的45钢，采用动态热模拟试验机Gleeble-1500，在三种应变速率10／s、10。／s、104／s的变形条

2、件下，分为加热至100。C、200℃进行压缩试验，获得不同条件下的应力一应变曲线。根据Johnson—Cook本构关系方程式，利用Orlsin软件的拟合功能，获得与试验曲线温和很好的拟合曲线，和45钢不同条件下的塑性变形段的系数和指数。再此基础上分析回归了本构关系方程式中各系数和指数与加热温度和应变速率的定量关系，为制定45钢冷加工工艺制定提供科学依据。关键词：45钢；Johnson-Cook本构关系；形变硬化；形变软化中图分类号：THI47文献标识码：A文章编号：1009—0134(2015)07(上)一0

3、146—03Doi；10．3969／J．issn．1009-0134．2015．07(上)．4O0引言试样加热温度分别为100℃、200℃的应力．应变曲线。45钢是重要的机械零件材料，对其在塑性加工中的形状控制提出了更高要求，本构关系是保证有限元数值模拟准确性的重要因素之一⋯。本构关系反应了材料在温度、外加载荷等外界因素作用下的力学行为，又由于材料自身因素的复杂性，各种因素交互作用使确定关系中的系数和指数变得困难，目前仍没有一个确定的本构关系能够全面反应45钢力学行为。研究者对45钢的本构关系做出了基础性工作

4、口叫】，认(a)10，s一1oo℃、200*(2为Johnson．Cook本构关系更够更好的表现出45钢的变形规律，但是研究多集中于高温或绝热(应变速率亡103Is)条件，对于冷加工和低应变速率的研究较少。本文以45钢为实验材料，选取不同加热温度、应变速率进行压缩试验，采用Origin软件，根据Johnson—Cook本构方程式，由各条件下的实验曲线拟合出吻合很好的拟合曲线；根据各拟合曲线的系数和指数回归得到与温度和应变速率的关系式，为45钢的冷加工工艺制定XStrain(b)1，s—l00℃、200"(2提

5、供科学依据。1试验准备将45钢进行正火热处理(850℃，空冷)，根据金属学观点，金属的冷、热加工是以再结晶温度T再=o．4T熔来区分的，经计算45钢的再结晶温度是T再=376"C(649K)，选取应变速率亡=10一／s、10~Is、10‘／s，加热温度分别为T=100℃(373K)、200℃(473K)，采用热模拟试验机Gleeblel500进行试验，获得其应力．应变曲线。【c)10／s-100℃、200122实验结果与分析图l45钢，应变速率10-／s、10。／s、10。／s，加热温度100~'、图1(a)

6、、(b)、(c)为45钢应变速率为1O、lO~／s、10／s，20o℃的应力．应变曲线收稿日翔：2015-04-21作者简介：孙红婵(1975一)，女，吉林四平人，讲师，博士，主要从事机械制造模拟仿真研究。[146]第37卷第7期2015-07(上)务1生匐地图1中可以获知，同一应变速率下，100℃的形变应2(a)、(b)、(c)所示，可以看出计算值与实验数据吻合的力高于200℃；相同加热温度下，应变速率提高则形变应较好。力并没有逐渐升高，而是成下降趋势。分析认为大部分变形功(90％～95％)会转化为热量圈，

7、在准静态103／s应变速率下，形变热在形变过程中大部分的传递到工具和环境中，对形变软化影响不大，形变硬化占据优势；在10％、10／s应变速率下，形变热分为两部分，一部分传递到工具和环境中，另一部分则引起试样温度上升，造成形变软化；随着应变速率的提高，形变热转变为热量的比例也将提高，形变软化也更为显著，从而使形变应(a)10"～l00℃、200*0拟合曲线力下降。3本构关系研究Johnson．Cook本构关系反应了大部分的金属材料在大应变、高应变速率和不同环境温度下的力学性能描述，多篇文献H将Johnson．C

8、ook模型应进行了改进，获得了很好的拟合结果。本文根据Johnson．Cook关系方程式对各变形条件的实验曲线塑性段进行拟合，获得相应的各系数和指数，回归得到与应变速率和温度相关的(b)10~／一100℃、200"C拟台曲线关系是，以便于由实际加工条件确定各参数数值。应变速率和温度相关45钢材料的变形规律，其表述形式如下：o=T=(T．￡Tr)／(T一Tr)Ⅱ卜叫㈣式中：A为屈服强度，B为应变硬化系