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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(zhì)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(lǐng)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(xiàn)，對鋁合金成型性能及基礎(chǔ)性能的要求也越來越高。基于此，文章對進口鋁板與國內(nèi)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(guān)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(shù)，對比進口鋁板與國內(nèi)鋁板的性能差異。
試樣制備
試驗采用進口鋁板與國內(nèi)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(shù)據(jù)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(jié)果所得數(shù)據(jù)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(nèi)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(shù)據(jù)的不準確，需要對夾緊裝置的初始位置進行微調(diào)，使試樣內(nèi)應力趨近于0時，將試驗數(shù)據(jù)清零，再進行試驗。
裝夾好試樣并按照上述2個步驟清零數(shù)據(jù)后開始測試，以2mm/min的速度勻速拉伸，得到試樣拉伸斷裂結(jié)果，并且10組數(shù)據(jù)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(shù)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(guān)系曲線，轉(zhuǎn)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(guān)系，因而需要將工程應力應變曲線轉(zhuǎn)化成真實應力應變曲線。工程應力應變轉(zhuǎn)化成真實應力應變的依據(jù)，如式（1）~式（4）所示。
假設(shè)：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(shù)據(jù)后，得到應力-應變曲線圖，如圖4所示。根據(jù)1組的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(nèi)鋁板。
根據(jù)圖4提取出2組數(shù)據(jù)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(shù)，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(shù)據(jù)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(shù)都比國內(nèi)鋁板的數(shù)值要大，因而進口鋁板的成型性能也比較好。
03 結(jié) 論
綜上可以得出：
1）由載荷0位移關(guān)系曲線可知，進口鋁板所能承受的拉伸力在4570~4590N，國內(nèi)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(shù)來看，進口鋁板的數(shù)值較大于國內(nèi)鋁板，說明進口鋁板抵抗變薄的能力要強于國內(nèi)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(shù)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(nèi)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(xiàn)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(nèi)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(shù)，還需要進行進一步的仿真和現(xiàn)場驗證，在實際應用中不斷積累經(jīng)驗數(shù)據(jù)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(nèi)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(xiàn)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(shù)據(jù)，與模擬仿真結(jié)果進行比對