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車用鋁合金5182_O準靜態(tài)單向拉伸試驗
來源:
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作者:納百川鋁業(yè)
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發(fā)布時間: 2022-11-06
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01 準靜態(tài)單向拉伸試驗
汽車車身輕量化是解決節(jié)能減排問題的有效途徑之一。鋁合金有著密度小、比強度和比剛度高、易于成型等特點，可以給汽車提供更輕的車身質量，減少資源的消耗。同時，鋁合金擁有較高的工藝性能，能夠保證汽車的安全碰撞要求，因此被廣泛應用于汽車、輕型貨車、地鐵及航天航空等領域，但對其性能的研究仍然不夠全面，特別是隨著其他合金的不斷出現，對鋁合金成型性能及基礎性能的要求也越來越高?；诖耍恼聦M口鋁板與國內鋁板進行了性能差異分析。
試驗目的
本次試驗的試樣由鋁合金5182_O制備，采用標準GB/T4228—2005，對試樣進行了0度、45度、90度3個方向的單向拉伸試驗，觀察3個方向上鋁合金的性能差異；并通過單向拉伸獲得鋁合金的載荷位移關系曲線圖，求出應力應變曲線，分析提取后得到材料的彈性模量、屈服強度、抗拉強度、延伸率及厚向異性指數，對比進口鋁板與國內鋁板的性能差異。
試樣制備
試驗采用進口鋁板與國內鋁板對比的形式展開分析，先用激光切割機將鋁板切割出規(guī)定尺寸的試樣，如圖1所示。試樣試驗區(qū)域長度為75mm，寬度為12.5mm，厚度為1.2mm。
試樣制備
準靜態(tài)單向拉伸試驗在溫室環(huán)境下（10~35攝氏度）進行，將試樣及夾頭安裝在INSTRON3382型號拉力機上，在試驗開始之前，需要注意以下2點，盡量減少操作的誤差，保證數據的準確性：
1）固定試樣時，要使試樣的長度方向與拉伸方向盡量保持一致，若偏離了拉伸方向，試驗結果所得數據將不準確；
2）在固定試樣的過程中，夾緊塊的攢動會造成試樣內部存在一個初始的拉伸應力或擠壓應力，這也會造成試驗數據的不準確，需要對夾緊裝置的初始位置進行微調，使試樣內應力趨近于0時，將試驗數據清零，再進行試驗。
裝夾好試樣并按照上述2個步驟清零數據后開始測試，以2mm/min的速度勻速拉伸，得到試樣拉伸斷裂結果，并且10組數據全部測試完畢，如圖2所示。
02 應力應變曲線及材料力學性能參數確定
載荷位移曲線
分別將2種編號的材料拉伸至發(fā)生斷裂后，測量出斷裂時試驗區(qū)域的長度值，如表1所示。
應力應變曲線
將測量得到的載荷與位移關系曲線，轉換成工程應力應變曲線。工程應力應變曲線并未真實地反映出材料隨應變變化的關系，因而需要將工程應力應變曲線轉化成真實應力應變曲線。工程應力應變轉化成真實應力應變的依據，如式（1）~式（4）所示。
假設：在拉伸力達到最大之前，試樣中間段的變形是均勻一致的，不考慮操作人員的操作誤差，則：
綜上，求出試驗數據后，得到應力-應變曲線圖，如圖4所示。根據1組的數據可以求出，材料的屈服點在150MPa左右，超過該值后材料發(fā)生塑性變形，抗拉強度在300MPa左右；2組數據的材料的屈服點在120MPa左右，抗拉強度在280MPa左右。由此可知，進口鋁板的屈服強度及抗拉強度均略高于國內鋁板。
根據圖4提取出2組數據的彈性模量、屈服強度、抗拉極限（抗拉強度）、延伸率及厚向異性指數，如表2所示。從圖4和表2中可知，材料在0度、45度、90度3個方向上的單向拉伸流變應力基本保持一致，變化趨勢相同；且在3個方向上存在著一定的各向異性，其中，45度的最為明顯；同時90度方向上的延伸率達到最大值，所以成型性能比較好。從測量求出的數據上看，進口鋁板測量出的彈性模量、斷后延伸率以及厚向異性指數都比國內鋁板的數值要大，因而進口鋁板的成型性能也比較好。
03 結 論
綜上可以得出：
1）由載荷0位移關系曲線可知，進口鋁板所能承受的拉伸力在4570~4590N，國內鋁板所能承受的拉伸力在4229~4300N。
2）從2組材料的厚向異性指數來看，進口鋁板的數值較大于國內鋁板，說明進口鋁板抵抗變薄的能力要強于國內鋁板；從0度、45度、90度3個拉伸方向上看，材料長度方向與軋制方向成90度時，厚向異性指數最大，抵抗變薄的能力更強。
3）進口鋁板的屈服強度約為150MPa，抗拉強度最大可達300MPa；而國內鋁板的屈服強度約為120MPa，抗拉強度最大可達280MPa。
4）2組編號材料的延伸率最大值出現在與軋制垂直的方向上，進口鋁板最大延伸率為25.8%，而國內鋁板的最大延伸率為26.9%，均高于0度與45度的斷后延伸率，所以當拉伸方向與軋制方向成90度時，材料的成型性能較好。
基于鋁合金5182_O準靜態(tài)單向拉伸試驗求出的材料性能參數，還需要進行進一步的仿真和現場驗證，在實際應用中不斷積累經驗數據和完善。對以下3個方面，還將進一步研究：
1）對鋼板和鋁板的成型性能做模擬仿真分析，觀察兩者對零件起皺、開裂、回彈的影響；
2）對進口鋁板和國內鋁板的成型性能做模擬仿真分析，觀察兩者對零件起皺、開裂、回彈的影響；
3）現場驗證：按照模擬仿真分析流程對板材進行沖壓成型，觀察其起皺、開裂情況，并記錄回彈數據，與模擬仿真結果進行比對