冷挤压技术是一种高效的塑性成形加工技术,具有较高的生产效率和材料利用率,而且成形后可以获得较高的综合力学性能和较好的制品表面质量,因而得到了广泛的应用。有限元数值模拟技术在塑性成形领域发展迅速,并取得成功应用,为冷挤压成形模具设计和工艺优化提供了强有力的工具。在数值模拟过程中需要输入被挤压材料的应变硬化模型。关于金属材料的应变硬化行为,有学者提出了应变硬化指数n值的概念,并从经验上建立了包含n值的金属拉伸变形的指数方程σ=Kεn。然而,也有学者通过对不同的典型变形路径下的应变硬化进行研究,认为恒速率变形应变硬化指数、恒应变速率应变硬化指数、恒载荷应变硬化指数,随真应变的变化规律是完全不相同的。低碳钢作为一种被广泛采用的冷挤压成形用材料,研究其应变硬化行为对改善数值模拟的精确性具有重要意义。
实验材料为低碳钢,其化学成分(质量分数,%)为:0.15C,<0.35Si,<1.40Mn,<0.03P,<0.035S。经920℃×15min加热淬火和400℃×1h回火热处理后加工成Φ5mm×25mm标准圆柱试样。在常温下进行拉伸,拉伸速度为3mm/min。
低碳钢材料的拉伸过程中,恒变形速率条件下,屈服后的应变硬化阶段真应力-真应变满足关系式σ=exp[Alnε+B(lnε)2/2+C],颈缩条件为A+Blnε-ε=0,式中A、B和C为常数。