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应变控制方式下ZG270-500材料特性试验研究

张庆玲;张荣强;金淼

【期刊名称】《《燕山大学学报》》

【年(卷),期】2019(043)005

【总页数】6页(P449-454)

【关键词】应变控制;响应应力幅值;循环硬化;包申格效应

【作者】张庆玲;张荣强;金淼

【作者单位】燕山大学先进锻压成形技术与科学教育部重点实验室河北秦皇岛

066004

【正文语种】中文

【中图分类】TG115

0引言

随着对材料性能研究的深入，在工程领域，人们不仅关心结构承载能力和使用安全

等问题，而且对金属材料的本构研究也从原来的弹性范围和单调加载扩展到对循环

载荷作用下弹塑性能的关注。但当前对循环载荷作用下的本构研究多集中于不锈钢、

镁合金、铝合金、普通结构钢等金属材料，而对于工程领域广泛采用的铸钢的循环

塑性本构研究却甚少。金属材料的应变循环特性是循环塑性变形的重要现象，同时

也是循环塑性本构研究必须加以考虑的因素。

目前，国内外许多学者已经对循环载荷作用下材料的变形行为进行了大量的研究。

万明珍和张再强等[1]对热循环作用下2A12铝合金进行了研究，得到了材料的变

形行为与循环周次有关的结论。LAKHDART，ZHOUFeng和MASAYUKIK等

[2-4]研究了不同加载方式下304L和316L不锈钢的循环加载曲线，发现304L和

316L不锈钢存在循环硬化现象。郑松林和程悦荪等[5]对中碳调质钢在低幅交变载

荷作用下屈服强度增长规律进行了分析，得到了屈服强度与交变载荷大小和循环周

次之间的关系。钱立和和刘帅等[6]研究了辙叉用高锰钢的循环变形与硬化现象，

得到随着应变幅增大，辙叉钢循环硬化速率越快的结论。张庆玲和金淼等[7]研究

了Q235材料的特性，得出了在小变形条件下Q235存在循环硬化现象和包申格

效应的结论。石宝东和彭艳等[8]对AZ31镁合金各向异性力学性能进行了研究，

得到轧制镁合金板材具有明显的各向异性力学性能和拉压不对称性的结论。施刚和

王飞等[9]对Q460D进行了循环加载试验，得到了不同加载条件下Q460D的应力

应变关系。吴旗和陈以一等[10]研究了Q460C在大应变条件下的循环加载试验，

得到了钢材在大应变情况下的应力应变关系和滞回环特征。罗云蓉和王清远等[11]

采用横向应变控制方法，得到了循环应力响应特征曲线。王建青和张兵等[12]对富

锆锆钛二元合金力学性能进行研究，得到锆含量在70%～80%的合金表现出良好

力学性能的结论。刘迪辉和庄京彪等[13]研究了金属薄板包申格效应，解释了试验

中出现反向屈服应力减小和永久软化现象的原因。刘大海和孟维金等[14]对

DP780高强钢板材进行了研究，得到了不同应变速率下的应力应变曲线。祝世强

和杨微等[15]对TA15进行了研究，获得了在不同温度和应变速率下的应力应变曲

线。虽然上述诸多学者已经对多种材料在不同循环加载条件下的力学性能进行了大

量研究，但是鲜有学者对铸钢材料进行相关研究。

ZG270-500材料是许多大型设备机架的常用材料，如液压机的横梁等。本文通过

不同应变控制下的循环加载试验，对应变控制下ZG270-500材料的循环变形特征

进行了系统研究，深入了解此材料的循环特性，从而为研究其本构描述提供基础数

据。

1试样制取与试验设备

本次试验的材料为ZG270-500，主要化学成分如表1所示，铸坯尺寸400

mm×400mm×180mm，热加工工艺曲线如图1所示。

表1ZG270-500钢材化学成分

Tab.1ChemicalcompositionofZG270-500steel%

元素CSiMnPS含量0.360.380.820.0260.02

图1热加工工艺曲线

Fig.1Heattreatmentprocesscurve

依据相关国家标准设计并加工单向拉伸和循环加载试样，其形状与尺寸如图2所

示。

在室温下进行了应变控制条件下的单向拉伸和循环加载试验，试验均在最大载荷为

100kN，加载精度为200N的电液伺服疲劳试验机(Instron8801)上进