张永军等：石墨化碳素钢室温压缩过程中的不均匀变形行为 ·1039· 2 100um 6 图1试样用钢.(a)金相组织：(b)圆柱形压缩试样及其上的应变网格（单位：mm) Fig.1 Tested steel:(a)microstructure;(b)eylinder compression sample with the square grid (unit;mm) 硝酸酒精侵蚀，利用低倍显微镜、光学显微镜对各压 轴建立直角坐标系，在此坐标系中绘制试验钢的轴 缩试样进行有无裂纹的观察以及金相组织观察，同 向应变-周向应变曲线，如图2所示.图中A点对应 时，再利用EM-1500L型显微硬度仪测试压缩试样 的是20%相对压下量、B点对应的是40%相对压下 剖面上三个不均匀变形区的维氏硬度，并利用m- 量，依次类推，即C点对应的是58.3%、D点对应的 age-pro6.0专业图像分析软件，对试样中的石墨粒 是75%、E点对应的是89.3%. 子、铁素体基体的尺寸进行测量，以对石墨粒子、铁 1.0 素体基体的微观变形量进行统计分析. ·一试验数据点 0.8 -·断裂线 2试验结果与分析 0.6 2.1试验用钢的压缩变形性能 序 “ 压缩性能好主要是指该钢能承受很大程度的变 形而不产生裂纹.其评价方法是借助于低倍显微镜 进行观察或按照经验公式来进行判断.本试验的低 0.2 倍观察结果显示，压缩试样表面及其组织内部并未 发现微观或宏观的裂纹，说明试验钢具有良好的塑 -.0 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 轴向应变，， 性变形能力，即具有良好的压缩性能.同时，本文还 图2不同相对压下量下压缩试样的轴向应变与周向应变之间 根据压缩试样测表面的应变网格的变形情况，利用 的对应关系 Kudo的直线断裂条件[3-1]来对试验钢的压缩性能 Fig.2 Corresponding relation between axial and circumferential 进行了评价.本试验条件下，随着变形量的增加，应 strains of the compression sample under different deformation degree 变网格被逐渐压扁，周向尺寸增加，轴向尺寸减小 图2中的虚线是利用Kudo提出的直线断裂条 根据测得的压缩试样侧表面赤道位置应变网格的轴 件所绘制的.即： 向尺寸和周向尺寸，按照式(1)、(2)可以得到应变 网格的轴向应变和周向应变 a=a-号 (3) 轴向应变，6： 式中，6是周向断裂应变，6：是轴向断裂应变，α是 6,=In H (1) 平面应变断裂应变，由于试验钢的成分与45钢接 周向应变，Ea: 近，因此根据文献[13]，取其值为0.3.对于压缩变 W 形来件，如果试样应变网格的轴向应变与周向应变 (2) 的坐标点位于断裂线（图2中的虚线）上面，预示着 式中，H为压缩试样矩形网格变形后的轴向尺寸；H。 试样将发生断裂.因此，如果要实现材料的无裂纹 为压缩试样矩形网格变形前的轴向尺寸：W为压缩 压缩，应变网格的应变轨迹应该始终落在这条线的 试样矩形网格变形后的周向尺寸：W。为压缩试样矩 下面.本试验条件下的试验用钢在压缩变形过程 形网格变形前的周向尺寸. 中，应变网格的轴向应变与周向应变的坐标点值随 以轴向应变￡.为水平轴、周向应变E。为垂直 着变形程度的增加，逐渐向这条断裂线靠近，但并未张永军等: 石墨化碳素钢室温压缩过程中的不均匀变形行为 图 1 试样用钢 郾 (a) 金相组织; (b) 圆柱形压缩试样及其上的应变网格(单位: mm) Fig. 1 Tested steel: (a) microstructure; (b) cylinder compression sample with the square grid (unit: mm) 硝酸酒精侵蚀,利用低倍显微镜、光学显微镜对各压 缩试样进行有无裂纹的观察以及金相组织观察,同 时,再利用 EM鄄鄄1500L 型显微硬度仪测试压缩试样 剖面上三个不均匀变形区的维氏硬度,并利用 Im鄄 age鄄鄄 pro 6郾 0 专业图像分析软件,对试样中的石墨粒 子、铁素体基体的尺寸进行测量,以对石墨粒子、铁 素体基体的微观变形量进行统计分析. 2 试验结果与分析 2郾 1 试验用钢的压缩变形性能 压缩性能好主要是指该钢能承受很大程度的变 形而不产生裂纹. 其评价方法是借助于低倍显微镜 进行观察或按照经验公式来进行判断. 本试验的低 倍观察结果显示,压缩试样表面及其组织内部并未 发现微观或宏观的裂纹,说明试验钢具有良好的塑 性变形能力,即具有良好的压缩性能. 同时,本文还 根据压缩试样测表面的应变网格的变形情况,利用 Kudo 的直线断裂条件[13鄄鄄15] 来对试验钢的压缩性能 进行了评价. 本试验条件下,随着变形量的增加,应 变网格被逐渐压扁,周向尺寸增加,轴向尺寸减小. 根据测得的压缩试样侧表面赤道位置应变网格的轴 向尺寸和周向尺寸,按照式(1)、(2)可以得到应变 网格的轴向应变和周向应变. 轴向应变,着z: 着z = ln ( H H ) 0 (1) 周向应变,着兹: 着兹 = ln ( W W ) 0 (2) 式中,H 为压缩试样矩形网格变形后的轴向尺寸;H0 为压缩试样矩形网格变形前的轴向尺寸;W 为压缩 试样矩形网格变形后的周向尺寸;W0为压缩试样矩 形网格变形前的周向尺寸. 以轴向应变 着z 为水平轴、周向应变 着兹 为垂直 轴建立直角坐标系,在此坐标系中绘制试验钢的轴 向应变鄄鄄周向应变曲线,如图 2 所示. 图中 A 点对应 的是 20% 相对压下量、B 点对应的是 40% 相对压下 量,依次类推,即 C 点对应的是 58郾 3% 、D 点对应的 是 75% 、E 点对应的是 89郾 3% . 图 2 不同相对压下量下压缩试样的轴向应变与周向应变之间 的对应关系 Fig. 2 Corresponding relation between axial and circumferential strains of the compression sample under different deformation degree 图 2 中的虚线是利用 Kudo 提出的直线断裂条 件所绘制的. 即: 着兹f = 琢 - 着zf 2 (3) 式中,着兹f是周向断裂应变,着zf是轴向断裂应变,琢 是 平面应变断裂应变,由于试验钢的成分与 45 钢接 近,因此根据文献[13],取其值为 0郾 3. 对于压缩变 形来件,如果试样应变网格的轴向应变与周向应变 的坐标点位于断裂线(图 2 中的虚线)上面,预示着 试样将发生断裂. 因此,如果要实现材料的无裂纹 压缩,应变网格的应变轨迹应该始终落在这条线的 下面. 本试验条件下的试验用钢在压缩变形过程 中,应变网格的轴向应变与周向应变的坐标点值随 着变形程度的增加,逐渐向这条断裂线靠近,但并未 ·1039·