專利名稱：一種基于最小m值的高效超塑變形方法
技術領域：
本發(fā)明涉及金屬材料超塑性研究與應用領域，尤其涉及一種采用最小m值高效法在材料電子拉伸試驗機上進行超塑性拉伸試驗的方法。
背景技術：
在金屬材料的超塑變形中，流動應力對應變速率的敏感性指數(shù)m值是材料超塑性能的重要特征，它反映了該材料在拉伸變形過程中抵抗縮緊發(fā)展的能力，其值等于應力(CF )_應變速率(^)對數(shù)曲線的斜率。以往的最大m值法超塑變形雖能使金屬材料得到很大的超塑變形量，但是需要的成形時間也很長，效率相對較低，而且針對于實際生產(chǎn)應用來說，工件的超塑變形量往往只要滿足成形所需即可。本發(fā)明創(chuàng)新地采用了基于最小m值的高效超塑變形方法對金屬材料 進行超塑變形，大大提高成形效率，從而可實現(xiàn)高效率的超塑變形。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于最小m值的高效超塑變形方法，它開辟一條研究金屬材料超塑成形的新途徑，極大地提高變形效率，節(jié)約了金屬材料超塑成形的加工成本。本發(fā)明是這樣來實現(xiàn)的，一種基于最小m值的高效超塑變形方法，其特征為在金屬材料超塑變形過程中，在超塑性高速區(qū)域，以保證成形所需塑性的前提下，使m值盡量小，從而極大地提高應變速率，實現(xiàn)高效超塑成形。這一對應所需塑性的m值稱為最小m值，這種高效超塑變形是在最小m值所對應的高應變速率附近進行的超塑變形，它體現(xiàn)了 m值最小、應變速率很快和成形效率高的優(yōu)點，缺點是這時的超塑性能較差，因此應保證工程應用的塑性需求；在最小m值所對應的高速區(qū)域進行超塑變形，變形效率必然得到提升。若采用以往的最大m值法超塑變形進行拉伸試驗，雖延伸率可達到金屬材料的極限，但是由于為了不斷的追求最大m值而使應變速率降低，從而降低了變形效率。因此，本發(fā)明使應變速率在最小m值所對應的高速區(qū)域內(nèi)動態(tài)變化，從而極大地提高了金屬材料超塑成形的效率，具有十分重要的應用意義；本發(fā)明首次將基于最小m值的高效超塑變形方法創(chuàng)造性地應用于金屬材料的超塑變形中，其基本特征是:運用計算機控制程序在拉伸試驗過程中進行對拉伸機橫梁速度的控制并實時采集數(shù)據(jù)，高效地完成金屬材料的超塑變形。一種超塑性材料對應一個變形模式，若干種材料便可涵蓋整個金屬材料變形模式。這一方法為研究金屬材料超塑成形開辟了一條新的途徑。本發(fā)明的技術關鍵在于:通過研發(fā)編寫計算機程序控制系統(tǒng)，控制拉伸實驗始終在塑性要求對應的最小m值下的高速區(qū)域進行，并對普通電子拉伸機進行技術改造。本發(fā)明的技術效果是:本發(fā)明創(chuàng)新地采用了基于最小m值的高效超塑變形方法來進行金屬材料的超塑變形，從而滿足實際生產(chǎn)應用對高效超塑變形的需求。為超塑成形在金屬材料中的廣泛應用打下堅實的理論與實驗基礎。


圖1為最小m值高效法超塑變形理論示意圖。圖2為基于最小m值高效超塑變形方法程序流程圖。圖3為最小m值高效法拉伸試驗與最大m值法試驗中的應變速率與時間曲線。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發(fā)明做詳細闡述；
本發(fā)明在基于最小m值的高效法超塑變形高溫拉伸實驗中，采用最小m值高效法超塑變形取代常規(guī)的超塑變形，根據(jù)最小m值高效法的要求，使m值在滿足金屬材料工件塑性成形需求的前提下，m值盡可能小，并且使應變速率在超塑性高速區(qū)域，即以滿足塑性要求所對應的最小m值下的高速率完成變形過程。如下圖1所示，由于m值與對數(shù)應變速率曲線的單峰性，對應一個m值且為非最大值時所對應的應變速率有兩個點即高速點和低速點，如圖中所示在m=0.3時，應變速率對應有高速點 和低速點i" D，低速點6 D為實驗中需舍棄的點，設計計算機控制程序使超塑性拉伸試驗中的應變速率始終在高速區(qū)域高速點f C附近，從而達到高效超塑變形。在該發(fā)明中利用計算機閉環(huán)控制系統(tǒng)實現(xiàn)該拉伸試驗。在金屬材料的超塑變形過程中，m值是衡量材料超塑性能的重要指標，通常認為高的m值對應較好的超塑性能。以往的最大m值法即是在此理論基礎上研發(fā)的，即在最大m值A點所對應的應變速率^ A附近進行超塑變形；但是大量試驗發(fā)現(xiàn)該方法雖使超塑性材料具備了很高的超塑變形量，但是變形效率卻很低。本發(fā)明中的基于最小m值的高效超塑變形方法是在滿足工件塑性要求所對應的最小m值的高速區(qū)域基礎上進行拉伸試驗，在達到了對工件塑性要求的前提下，極大地提高了成形效率。本發(fā)明為實現(xiàn)金屬材料的高效超塑變形打下了堅實的理論與實驗基礎。本發(fā)明首次采用基于最小m值的高效超塑變形方法來進行金屬材料的超塑變形，一種實驗材料對應一個變形模式，若干種實驗材料便可涵蓋整個金屬材料的變形模式。這一變形模式為探求金屬材料的超塑成形新工藝開辟了一條新的途徑。下面以本發(fā)明應用在850°C時TC4鈦合金粗晶試樣基于最小m值的高效超塑變形方法(簡稱最小m值高效法)拉伸實驗為例，并結合附圖，對本發(fā)明做詳細闡述；
以850°C時TC4鈦合金粗晶試樣的最小m值高效法拉伸實驗為例，根據(jù)已知的m值與6之間的關系，延伸率S =200%，所對應的最小m值為0.4。利用編寫的最小m值高效法的程序使m值始終在0.4附近微小波動，應變速率始終保持在高速區(qū)域，在以上步驟下完成此最小m值高效法拉伸實驗。在最小m值法超塑性拉伸試驗過程中采集的數(shù)據(jù)為speed (橫梁移動速度)、m、w (位移)等,如表I的小m值高效法拉伸試驗部分數(shù)據(jù)采集表，
權利要求
1.一種基于最小m值的高效超塑變形方法，其特征在于所述方法包括以下步驟:(1)在金屬材料超塑變形過程中，在超塑性高速區(qū)域，以保證成形所需塑性的前提下，使m值盡量小，此時所需塑性的m值稱為最小m值，在最小m值所對應的高應變速率附近進行的超塑變形；應變速率在最小m值所對應的高速區(qū)域內(nèi)動態(tài)變化；(2)利用計算機閉環(huán)控制系統(tǒng)實現(xiàn)該拉伸試驗，運用計算機控制程序在拉伸試驗過程中進行對拉伸機橫梁速度的控制并實時采集數(shù)據(jù)，完成金屬材料的超塑變形；一種超塑性材料對應一個變形模式，若干種材料便可涵蓋整個金屬材料變形模式；這一方法為研究金屬材料超塑成形開辟了一條新的途徑。
全文摘要
一種基于最小m值的高效超塑變形方法，所述方法為在金屬材料超塑變形過程中，在超塑性高速區(qū)域，以保證成形所需塑性的前提下，使m值盡量小，這一對應所需塑性的m值稱為最小m值，這種高效超塑變形是在最小m值所對應的高應變速率附近進行的超塑變形，它體現(xiàn)了m值最小、應變速率很快和成形效率高的優(yōu)點，缺點是這時的超塑性能較差，因此必須在保證工程應用的塑性需求基礎上取得最小m值；本發(fā)明創(chuàng)新地采用了基于最小m值的高效超塑變形方法來進行金屬材料的超塑變形，從而滿足實際生產(chǎn)應用對高效超塑變形的需求。為超塑成形在金屬材料中的廣泛應用打下堅實的理論與實驗基礎。
文檔編號G01N3/08GK103115818SQ20131002686
公開日2013年5月22日 申請日期2013年1月25日 優(yōu)先權日2013年1月25日
發(fā)明者王高潮, 鄭漫慶, 馬超 申請人:南昌航空大學