基本介紹
- 中文名：加工硬化指數
- 外文名：hardening index
- 學科：冶金工程
- 領域：冶煉
- 定義：真應力應變關係
- 作用：評價板材成形性能的重要指標
指數簡介,測量原理,試驗方法,影響,總結,
指數簡介
TC2 合金是一種中等強度、高塑性近α 型鈦合金，含有4%α 穩定元素和1.5%β 穩定元素Mn。該合金板材在熱態和冷態下有較好的成形性， 具有較高的熱穩定性，適合於製造如機翼、安定面、襟翼等受力的板材衝壓件， 在350℃以下結構件可以工作2000 h，在航空航天工業中獲得了廣泛套用，尤其是大規格TC2 合金板可以減少焊縫數量，在航空工業中具有更迫切的需要。
在衝壓加工中， 板材的硬化性能具有十分重要的意義，它不僅影響變形毛坯內應力的數值、應力的分布與變化和成形力等力能參數的數值， 而且也會影回響力, 進而影響衝壓成形極限以及衝壓件的質量。加工硬化指數n 值是與板有關的常數，它反映板料變形的強化能力和抗失穩的能力。n 值是以拉伸為主的材料成形性能的判據之一。
目前n 值的一些測量方法的測量結果存在較大偏差。尤其對於鈦合金板料，系統研究n 值的測量及其影響的工作很少見諸報導。以TC2 鈦合金板料為研究對象， 對不同製備工藝的鈦板n 值測量及其變化規律進行研究。
測量原理
採用GB/T5028-1999 金屬薄板拉伸應變硬化指數(n 值)試驗方法,以純冪硬化關係R=kEn(k為硬化係數或稱強度係數；R、E 分別為真應力和真應變；n 為硬化指數)近似表示材料的特性。對硬化關係式兩邊取對數，得出：logR=logk+nlogE。此關係式為直線關係，由此可求直線斜率n 值。
從試驗所得的工程應力應變曲線所關心的區間中選取若干組試驗值， 經過計算得到真應力與真應變，而後用通常的最小二乘法處理數據，擬合後得到硬化指數n 值。
試驗方法
試驗材料為0.8mm 厚冷軋TC2 薄板和0.8mm厚包套疊軋TC2 薄板。測定與軋制方向成0°和90°方向試樣的n 值。採用單軸拉伸試樣方法，利用引伸計對試樣應變進行測量， 並繪製材料的應力—應變曲線。在均勻塑性變形階段下，根據引伸計採集到的試樣達到規定應變下數據， 利用n 值計算公式，計算出n 值，以評價材料的成形性能。
影響
取冷軋和包套疊軋TC2 薄板與板料沿軋制方向成0°和90°兩個不同方向試樣比較其n 值的差異。其中試樣寬度10.0mm、厚度0.8mm。
對於冷軋0.8mm 厚TC2 合金薄板，在相同厚度、相同變形量下，n 值在90°方向，也就是薄板的橫向平均值約為0.067， 而n 值在0°方向， 也就是薄板的軋向約為0.096， 橫、縱向相差30%。而對於包套疊軋0.8mm 厚TC2 合金薄板，在相同厚度、相同變形量下，n 值在90°方向，也就是薄板的橫向平均值約為0.119，而n 值在0°方向，也就是薄板的軋向平均值約為0.126，橫、縱向相差5%。
應變硬化指數表征金屬材料在塑性變形中的硬化強度，在同樣變形程度下，n 值大的材料在一定程度上可以使變形均勻化， 而且還可以減少坯料的局部變薄和增大變形極限。從表1 可知，包套疊軋薄板的n 值在90°方向上比冷軋薄板提高了0.052，而在0°方向上比冷軋薄板提高了0.030。
加工硬化指數n 越大，則TC2 合金薄板開始發生頸縮時的最大應力越大，也決定了TC2 合金薄板能夠產生更大的均勻應變數。應力—應變曲線上的應力達到最大值時即開始出現頸縮。在頸縮變形前沿整個試樣長度是均勻的， 發生頸縮後變形則主要集中在局部區域，在此區域內橫截面越來越細，局部應力越來越高，直至不能承受外載入荷而斷裂。出現頸縮時正好相當於負荷—變形曲線上的最大載荷處，這就是出現頸縮的條件，即當加工硬化速率等於該處的真應力時就開始頸縮。未開始頸縮時，硬化作用較強，足以補償因截面減小所引起的應力升高，而當加工硬化的能力已經失去或十分微弱時， 則會導致頸縮發生。
包套疊軋製備出的TC2 合金薄板的n 值比冷軋薄板的n 值有所提高，而且n 值在橫、縱兩個方向上接近，表明採用包套疊軋工藝製備出的TC2 合金薄板，其冷成形均勻性較好。而冷軋製備出的TC2合金薄板的n 值在與板料軋制方向成0°和90°兩個不同方向上存在明顯差異,說明冷軋TC2 合金薄板具有明顯的各向異性。
總結
(1) 採用GB/T5028-1999 試驗方法對不同軋制工藝的TC2 鈦合金薄板n 值進行了測量。
(2) 冷軋TC2 合金薄板的n 值在與板料軋制方向成0°和90°方向上存在明顯差異， 說明冷軋TC2合金薄板具有明顯的各向異性。
(3) 包套疊軋TC2 合金薄板的n 值比冷軋薄板的有所提高，而且n 值在橫、縱兩個方向上接近，表明採用包套疊軋的TC2 合金薄板，其冷成形均勻性較好。
