一种超高应变率的金属材料力学性能测试方法
专利汇可以提供一种超高应变率的金属材料力学性能测试方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及固体 力 学和高速切削交叉技术领域，公开了一种超高应变率的金属材料力学性能测试方法。该测试方法首先搭建高速直 角 切削实验平台，准备实验；进行变切削参数的直角切削实验，得到不同切削参数下的切屑，并获得主切削力FC、进给抗力FT和刀具测量点 温度 Tc；将得到的切屑进行分组镶嵌，并分别进行 研磨 抛光 处理，同时配制 腐蚀 溶液进行腐蚀处理后，在 显微镜 下观测其切屑厚度a0和剪切滑移距△x；建立基于剪切滑移距△x的高速直角切削模型，表征实验 工件 的力学性能；采用热导反求法，求得前刀面温度TAP；采用切削物理仿真方法，获得高速切削剪切滑移区的 变形 温度TAB；最终实现对金属超高应变率下的剪切 应力 、应变、应变率和变形温度的表征。本发明的方法简单、可靠也易于实现。，下面是一种超高应变率的金属材料力学性能测试方法专利的具体信息内容。
1.一种超高应变率的金属材料力学性能测试方法，其特征在于：该测试方法具体包括：
步骤S1：搭建高速直角切削实验平台，准备实验工件（1）并将其放置在所述实验平台上；
步骤S2：在所述实验平台上，对实验工件（1）进行变切削参数的直角切削实验，即分别改变切削速度和进给量，得到不同切削参数下的切屑（5），并获得主切削力FC、进给抗力FT和刀具（2）测量点温度Tc；
步骤S3：将步骤S2得到的切屑（5）进行分组镶嵌，并分别进行研磨抛光处理；同时配制所述实验工件（1）材料对应的腐蚀溶液，并对抛光研磨后的切屑（5）进行腐蚀处理后，在显微镜下观测其切屑（5）厚度a0和剪切滑移距△x；
步骤S4：建立基于剪切滑移距△x的高速直角切削模型；
步骤S5：根据步骤S2获得的主切削力FC和进给抗力FT、以及步骤S3获得的切屑（5）厚度a0和剪切滑移距△x，并结合步骤S4的切削模型，表征实验工件（1）的力学性能；
步骤S6：采用热导反求法，获得稳定时间点的刀具（2）测量点温度Tc与刀-屑界面温度的对应关系，求得前刀面温度TAP；
步骤S7：采用切削物理仿真方法，仿真得到切削稳定状态下前刀面温度TAP与剪切区温度之间的对应关系，并获得高速切削剪切滑移区的变形温度TAB。
2.根据权利要求1所述的超高应变率的金属材料力学性能测试方法，其特征在于：所述步骤S3中，具体包括如下：
步骤S31：将得到的切屑（5）按进给量进行分组，并采用环氧树脂作为介质分别进行镶嵌，镶嵌时将切屑（5）的侧面与待观察面垂直；
步骤S32：将步骤S31中所制样本的待观察面在抛光机上进行粗研磨，直至切屑（5）纵截面完全露出，然后半精研磨和丝绒抛光，达到镜面的效果；
步骤S33：将步骤S32得到的切屑（5）样本放入腐蚀药水中腐蚀至设定时间，用蒸馏水冲洗干净，并烘干；
步骤S34：在显微镜下观测腐蚀后切削样本的切屑（5）厚度a0和剪切滑移距△x。
3.根据权利要求1或2所述的超高应变率的金属材料力学性能测试方法，其特征在于：
所述步骤S5中，切削模型分别包括如下：
剪切角： （a），其中a0为切屑（5）厚度，ac为切削厚度，为已
知值，γ0为刀具（2）前角；
剪切应力： （b），其中aw为切削宽度；
剪切应变： （c）；
剪切应变率： （d），其中V为切削速度。
4.根据权利要求3所述的超高应变率的金属材料力学性能测试方法，其特征在于：所述表征实验工件（1）的力学性能，具体包括：
步骤S51：将步骤S3得到的切屑（5）厚度a0，代入计算公式（a）中，获得剪切角Φ随切削速度的变化趋势；
步骤S52：步骤S2中得到的主切削力FC和进给抗力FT、及步骤S51中计算求得的剪切角Φ，代入计算公式（b）中，获得剪切应力随切削速度的变化趋势；
步骤S53：由步骤S51中计算求得的剪切角Φ，代入公式（c）中，获得剪切应变随切削速度的变化趋势；
步骤S54：由步骤S3得到的剪切滑移距△x及步骤S51中计算求得的剪切角Φ，带入公式（d）中，获得剪切应变率随切削速度的变化趋势。
5.根据权利要求1所述的超高应变率的金属材料力学性能测试方法，其特征在于：所述步骤S6中，利用Ansys Workbench软件，在其热分析环境中导入刀具（2）的三维模型，并使用热导反求法，获得稳定时间点对应的刀具（2）测量点温度TC与刀-屑接触界面温度TAP的对应关系，两者之间对应曲线成线性关系，可采用线性函数予以拟合，从而求得前刀面温度TAP。
6.根据权利要求1所述的超高应变率的金属材料力学性能测试方法，其特征在于：所述步骤S7中，在Advantedge FEM中建立切削热传导模型，采用切削物理仿真方法，仿真得到切削稳定状态下，获得前刀面温度TAP与剪切区温度TAB之间的对应关系。
7.根据权利要求6所述的超高应变率的金属材料力学性能测试方法，其特征在于：所述前刀面温度TAP与剪切区温度TAB之间的对应关系，不同切削参数下，两者之间的对应曲线不同，并且二者之间的对应曲线成非线性关系，对应曲线可采用多项式函数予以拟合，从而得到剪切区温度TAB。
一种超高应变率的金属材料力学性能测试方法
技术领域
背景技术
缸等试验方法，能够提供低应变、高应变率（1～10 /s）情况下的应变效应、应变率效应以及热效应曲线。但所得结果不能完整描述，高速切削过程的材料塑性变形。因此，为获得超高应变率（105～107/s）的金属材料力学性能，需采用其他有效方法。
发明内容
步骤S1：搭建高速直角切削实验平台，准备实验工件并将其放置在所述实验平台上；
步骤S2：在所述实验平台上，对实验工件进行变切削参数的直角切削实验，即分别改变切削速度和进给量，得到不同切削参数下的切屑，并获得主切削力FC、进给抗力FT和刀具测量点温度Tc；
步骤S3：将步骤S2得到的切屑进行分组镶嵌，并分别进行研磨抛光处理；同时配制所述实验工件材料对应的腐蚀溶液，并对抛光研磨后的切屑进行腐蚀处理后，在显微镜下观测其切屑厚度a0和剪切滑移距△x；
步骤S4：建立基于剪切滑移距△x的高速直角切削模型；
步骤S5：根据步骤S2获得的主切削力FC和进给抗力FT、以及步骤S3获得的切屑厚度a0和剪切滑移距△x，并结合步骤S4的切削模型，表征实验工件的力学性能；
步骤S6：采用热导反求法，获得稳定时间点的刀具测量点温度Tc与刀-屑界面温度的对应关系，求得前刀面温度TAP；
步骤S7：采用切削物理仿真方法，仿真得到切削稳定状态下前刀面温度TAP与剪切区温度之间的对应关系，并获得高速切削剪切滑移区的变形温度TAB。
步骤S32：将步骤S31中所制样本的待观察面在抛光机上进行粗研磨，直至切屑纵截面完全露出，然后半精研磨和丝绒抛光，达到镜面的效果；
步骤S33：将步骤S32得到的切屑样本放入腐蚀药水中腐蚀至设定时间，用蒸馏水冲洗干净，并烘干；
步骤S34：在显微镜下观测腐蚀后切削样本的切屑厚度a0和剪切滑移距△x。
值，γ0为刀具前角；
剪切应力： （b），其中aw为切削宽度；
剪切应变： （c）；
剪切应变率： （d），其中V为切削速度。
步骤S52：步骤S2中得到的主切削力FC和进给抗力FT、及步骤S51中计算求得的剪切角Φ，代入计算公式（b）中，获得剪切应力随切削速度的变化趋势；
步骤S53：由步骤S51中计算求得的剪切角Φ，代入公式（c）中，获得剪切应变随切削速度的变化趋势；
步骤S54：由步骤S3得到的剪切滑移距△x及步骤S51中计算求得的剪切角Φ，带入公式（d）中，获得剪切应变率随切削速度的变化趋势。
附图说明
具体实施方式
本发明采用实验工件1的外径为80 125mm，根据具体车床可夹持范围进行选择，选用的~
壁厚为4 6mm，长度为150 180mm。本实施例选用的材料为4根镍白铜B10材料金属管，其外径~ ~
为122mm，壁厚为4mm，长度为150mm，如图2所示。
② 进给量为0.05mm/r、0.08mm/r、0.11mm/r；
③ 在200 1400m/min较高切削速度下，进行直角切削实验，根据切削速度不同分为9组~
实验，测定待测镍白铜B10在高速下的主切削力F（C 如图4所示）、进给抗力F（T 如图5所示）和刀具2测量点温度Tc。
6和图7所示；本步骤中，所述显微镜为OLYMPUS-BX60显微镜。
知值，γ0为刀具2前角，本实施例中为0°；
剪切应力： （b），其中aw为切削宽度；
剪切应变： （c）；
剪切应变率： （d），其中V为切削速度。
步骤S52：将步骤S2中得到的主切削力FC和进给抗力FT、及步骤S51中计算求得的剪切角Φ，代入计算公式（b）中，获得剪切应力随切削速度变化的趋势，如图10所示；
步骤S53：由步骤S51中计算求得的剪切角Φ，代入公式（c）中，获得剪切应变随切削速度变化的趋势，如图11所示；
步骤S54：由步骤S3得到的剪切滑移距△x及步骤S51中计算求得的剪切角Φ，带入公式（d）中，获得剪切应变率随切削速度变化的趋势，如图12所示。
7800Kg/m3。选择热-瞬态方式，设置初始参考温度20℃，并在前刀面上加载切削温度，其他面上加载空气对流载荷，此时的切削温度定义为平均温度。
当进给量f=0.05mm/r时，
；
当进给量f=0.08mm/r时， ；
当进给量f=0.11mm/r时， ；
其中，x为TAP，y为TAB。
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