《钢板和钢带 边缘拉伸极限应变测定方法》

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钢板和钢带边缘拉伸极限应变测定方法

1范围

本文件规定了钢板和钢带边缘拉伸极限应变测定方法的试验原理、试验装置、试样、试验程序、试

验结果处理和计算和试验报告。

本文件适用于厚度1.2mm～7.0mm、宽度不小于90mm的钢板和钢带边缘拉伸极限应变的测定。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，

仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本

文件。

GB/T8541锻压术语

GB/T8170数值修约规则与极限数值的表示和判定

GB/T24524金属材料薄板和薄带扩孔试验方法

3术语和定义

GB/T8541和GB/T24524界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

3.1

厚度减缩thicknessthinning

试样表层在厚度方向上孔边缘的真实应变。

3.2

厚度减缩梯度thicknessthinninggradient

沿着孔径方向，在扩孔边缘自孔内向孔外的厚度减缩线性拟合斜率的绝对值。

3.3

边缘edge

数字图像相关法（DIC）在试样表面可分辨的的孔周边范围。

3.4

边缘拉伸极限应变ultimatetensilestrainatedge

试验结束后测量的裂纹启裂处边缘最大主应变。

4符号和说明

本文件使用的符号和说明见表1。

1

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表1符号和说明

符号说明单位

c余隙度%

dd冲制试样圆孔所用凹模的内径mm

dp冲制试样圆孔所用凸模的直径mm

Do试样上冲制圆孔的原始直径mm

Dd扩孔凹模的内径mm

Dh扩孔边缘开裂时冲孔断面外侧圆边直径mm

dp扩孔凸模直径mm

Fc压边力N

Rp扩孔凸模过渡圆角mm

rd扩孔凹模的圆角半径mm

t试样厚度mm

θ扩孔凸模顶角°

ε扩孔边缘拉伸极限应变？

θ角扩孔凸模对应的扩孔边缘拉伸极限应变？

θ角扩孔凸模对应的扩孔平均边缘拉伸极限应变？

�θ

厚度减缩梯度

�θ

θ角扩孔凸模对应的厚度减缩梯度

�

θ角扩孔凸模对应的厚度减缩梯度平均值

�θ

Ti第i个检测点处的厚度减缩，i=0,1...

�θ

Li第i个检测点距开裂处检测点的距离，i=0,1...mm

5原理

试样经冲制圆孔（见图1）、制斑（见图2）、不同圆锥形凸模扩孔（见图3和图4），并在扩孔时采

用数字图像相关法（DIC）跟踪记录孔边缘变形过程，直至圆孔边缘出现可见裂纹，应停止凸模冲顶，

可测定裂纹启裂，其所在位置的拉伸最大主应变。

φdp

33

1

1φdp

φdd

φdd

标引序号说明：22

1——试样；

2

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2——冲制圆孔用凹模；

3——冲制圆孔用凸模。

图1冲孔示意图

12

标引序号说明：

1——喷涂散斑漆表面；

2——冲孔毛刺。

图2喷涂散斑漆表面示意图

θ

θ

θ

RpRpRpRp

dpdpdpdp

图3不同圆锥扩孔凸模示意图

3

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1

2

7

3

Dd

rd

D0FcFc

FcFc

4

FcF

FcFcθc

θ

Dh

dp6

5

a）试验前b）试验后

标引序号说明：

1——DIC分析系统摄像头；

2——DIC分析系统光源；

3——凹模；

4——压边圈；

5——不同圆锥凸模；

6——试样；

7——冲孔毛刺。

图4扩孔试验示意图

6试验装置

6.1试验机

6.1.1试验机应提供可靠的压边力保证试验过程中试样的固定，应具有试样对中定位功能。

6.1.2试验机扩孔模具的位移速率应可控，保证试验的稳定进行。

6.1.3除专用扩孔试验机外，能够满足上述要求的深冲压试验机以及其他压缩试验机可用于边缘拉伸极

限应变测定试验。

6.2试验模具

6.2.1试验用模具（凸模和凹模）见图3、图4。

6.2.2试验用凸模应呈圆锥形，顶角θ可为90°±1°、120°±1°、150°±1°及180°±1°，凸模圆柱直径dp应足够

大，应保证试样圆孔边缘出现可见裂纹。

4

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6.2.3试验用凹模内径Dd应根据钢板和钢带的扩孔率来选择，凹模内径Dd应不小于40mm。

6.2.4试验用凸模过渡圆角Rp可取5mm~10mm，推荐使用8mm。

6.2.5试验用凹模的圆角半径rd可取2mm~10mm，推荐使用5mm。

6.2.6试验用模具（凸模和凹模）的表面应光滑，且凸模、凹模，以及圆角过渡表面最大表面粗糙度应

不高于Ra0.8μm。

6.2.7扩孔试验用模具（凸模和凹模）的硬度应不小于55HRC。

6.3测量设备

宜采用数字图像相关（DIC）应变分析系统进行表面应变测量，主次应变测量精度应优于0.003，其

他应变分析系统亦可参考本文件。

7试样

7.1同一扩孔凸模顶角试验，应从同一样坯上取3个或3个以上平行试样。

7.2试样应平直,试样上的冲制圆孔中心与试样边缘的距离应不小于45mm，两相邻圆孔中心之间的距

离应不小于90mm（见图5）。

单位为毫米

a）试样冲单孔b）试样冲多孔

图5试样尺寸示意图

7.3试样上的冲制圆孔用直径应为10mm的凸模冲压形成，见图1。

7.4冲制试样上的圆孔时，所选凹模应满足表2所示与凸模之间的余隙度。余隙度通过式（1）计算。

凹模内径的选择应以0.10mm的增量递增或递减。

注：表3给出了一个满足上述要求的凹模内径系列尺寸的实例。

表2凸模与凹模的余隙度允许偏差

试样厚度t/mm余隙度c/%

t＜2.012±2

t≥2.012±1

×100………………（1）

��−��

�=2�5

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式中：

c——余隙度，%；

——试样冲孔时凹模内径，单位为毫米（mm）；

d

d——试样冲孔时凸模直径，单位为毫米（mm）；

p

dt——试样厚度，单位为毫米（mm）。

表3选择凹模内径尺寸的实例

单位为毫米

试样厚度t凹模内径

1.2≤t＜1.510.30d

d

1.5≤t＜1.910.40

1.9≤t＜2.310.50

2.3≤t＜2.710.60

2.7≤t＜3.110.70

3.1≤t＜3.610.80

3.6≤t＜4.010.90

4.0≤t＜4.411.00

4.4≤t＜4.811.10

4.8≤t＜5.211.20

5.2≤t＜5.711.30

5.7≤t＜6.011.40

6.0≤t＜6.511.50

6.5≤t＜7.011.60

7.5冲孔模具的制造公差应符合表4的规定。应定期检查冲压模具的磨损情况，必要时，进行修复、打

磨或者更换。

注1：冲孔模具的磨损情况对边缘拉伸极限应变结果有影响。

注2：对于某些产品，冲孔速率对边缘拉伸极限应变结果有影响。

表4冲孔模具的制造公差

尺寸允许偏差/mm

冲孔凸模直径（）+0.02

10mm-0.03

冲孔凹模内径p（见表）+0.03

d3-0.02

d

7.6在试样冲孔过程中，冲d孔凸模与冲孔凹模宜保持同轴，且冲孔凸模轴线应垂直试样表面。

8试验程序

8.1试验宜在室温10℃~35℃范围内进行，对温度要求严格的试验，试验温度应为23℃±5℃。

8.2按本文件第7章的要求加工试样，试样应清除表面油污，保持表面清洁，并在冲制圆孔毛刺一侧应

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喷涂白色底漆和黑色散斑漆，以识别跟踪扩孔过程中孔边缘的变形情况，底漆和散斑漆应均匀，且散斑

漆应清晰、细密。

8.3通常情况下同一样坯宜进行3次试验。也可在相关方同意的情况下增加试验次数。

8.4将冲制圆孔的毛刺朝向凹模孔，试样平放在扩孔模具上，使试样的冲制圆孔中心与圆锥形扩孔凸模

的轴线保持一致且试样平面垂直于扩孔凸模的轴线（见图2），以保持扩孔方向与冲孔方向一致。

8.5对试样施加足够大的压边力压紧试样，保证试验过程中试样材料在压紧区域不发生变形流动。

示例：对于150mm×150mm的试样，压边力宜不小于50kN。

若压紧区域发生变形流动，则试验应无效，应重新进行试验。

8.6施加压力使圆锥形扩孔凸模以一定的速率垂直插入试样的冲制圆孔进行扩孔（见图2），该速率应

不大于1mm/s，同时启动基于数字图像相关（DIC）应变分析系统，跟踪测量边缘拉伸极限应变、厚度

减缩及位移场。

8.7确保扩孔后有可见裂纹，应停止试验。

8.8重复步骤8.2~8.6，应完成至少4种不同顶角凸模扩孔试验。

8.9每种顶角凸模应至少进行3次有效扩孔试验，出现下述任一情况，试验无效：

a）扩孔后数字图像相关（DIC）应变分析系统中试样边缘存在影响测定结果的未识别区域；

b）压边力不足，试样材料在压紧区域发生变形流动。

8.10某些牌号（钢级）的钢可能出现扩孔凸模的圆柱部分穿过试样扩展后的圆孔，而圆孔的边缘并未

出现裂纹，试验应无效。应重新选取较大直径的圆锥形扩孔凸模进行试验。如没有较大直径的扩孔模具，

可在相关方同意的前提下减小冲制圆孔的直径重新试验。

9试验结果处理和计算

9.1基于数字图像相关（DIC）应变分析系统对试样扩孔后边缘变形情况的检测数据进行处理与计算。

9.2确定裂纹位置后，基于数字图像相关（DIC）应变分析系统中构建边缘裂纹启裂位置A点和周向附

近位置B点（见图6），可分别输出两点的主应变-时间历程数据（见图7），周向附近位置B时间-主

应变历程曲线前后稳态区的切线，相交于tB点，过tB点作横坐标的垂直线与开裂处检测点A时间-主应

变历程曲线相交于tA点，则tA点对应的纵坐标为扩孔后的边缘拉伸极限应变。

�θ

7

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周向附近位置B点

扩孔边缘

启裂位置A点

tA点

初始裂纹

tB点

图6边缘拉伸极限应变确定示意图图7A点和B点的主应变-时间曲线

9.3从启裂位置A点开始，沿着径向自边缘由内向外构建并输出至少3个检测点的厚度减缩Ti，检测点

间距为1mm±0.5mm，距开裂处检测点A的距离为Li（i=1,2...）（见图8），则根据式（3）求单个试

样的厚度减缩梯度。

�θ

……（3）

�

�=1(��−�)(��−�)

θ�2

�=|�=1(��−�)|

启裂位置A点

检测点3

检测点2

检测点1

图8测量点选取示意图

9.4重复步骤9.1~9.3，对其他试样试验结果进行处理和计算，分别得到不同顶角凸模扩孔试验下各平行

试样的平均边缘拉伸极限应变及平均厚度减缩梯度，将以上数据放入以厚度减缩梯度为横坐标，

边缘拉伸极限应变为纵坐标的二维坐标系中，可得到边缘拉伸极限曲线（见图9）。

�θ�θ�θ

�θ

8

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图9边缘拉伸极限曲线

10试验报告

试验报告应包括以下主要内容：

a）本文件编号；

b）试样的标识；

c）试样的厚度；

d）边缘拉伸极限应变、厚度减缩梯度、边缘拉伸极限曲线等；

e）与本文件规定不符的或变异的技术内容（应获试验委托和承接双方协议认可）。

_________________________________

9

ICS77.040.10

CCSH23

YB

中华人民共和国黑色冶金行业标准

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钢板和钢带边缘拉伸极限应变测定方法

Steelplates（sheets）andstrips—Methodfordeterminationofultimatetensilestrainat

edge

征求意见稿

XXXX-XX-XX发布XXXX-XX-XX实施

中华人民共和国工业和信息化部发布

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钢板和钢带边缘拉伸极限应变测定方法

1范围

本文件规定了钢板和钢带边缘拉伸极限应变测定方法的试验原理、试验装置、试样、试验程序、试

验结果处理和计算和试验报告。

本文件适用于厚度1.2mm～7.0mm、宽度不小于90mm的钢板和钢带边缘拉伸极限应变的测定。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，

仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本

文件。

GB/T8541锻压术语

GB/T8170数值修约规则与极限数值的表示和判定

GB/T24524金属材料薄板和薄带扩孔试验方法

3术语和定义

GB/T8541和GB/T24524界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

3.1

厚度减缩thicknessthinning

试样表层在厚度方向上孔边缘的真实应变。

3.2

厚度减缩梯度thicknessthinninggradient

沿着孔径方向，在扩孔边缘自孔内向孔外的厚度减缩线性拟合斜率的绝对值。

3.3

边缘edge

数字图像相关法（DIC）在试样表面可分辨的的孔周边范围。

3.4

边缘拉伸极限应变ultimatetensilestrainatedge

试验结束后测量的裂纹启裂处边缘最大主应变。

4符号和说明

本文件使用的符号和说明见表1。

1

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表1符号和说明

符号说明单位

c余隙度%

dd冲制试样圆孔所用凹模的内径mm

dp冲制试样圆孔所用凸模的直径mm

Do试样上冲制圆孔的原始直径mm

Dd扩孔凹模的内径mm

Dh扩孔边缘开裂时冲孔断面外侧圆边直径mm

dp扩孔凸模直径mm

Fc压边力N

Rp扩孔凸模过渡圆角mm

rd扩孔凹模的圆角半径mm

t试样厚度mm

θ扩孔凸模顶角°

ε扩孔边缘拉伸极限应变？

θ角扩孔凸模对应的扩孔边缘拉伸极限应变？

θ角扩孔凸模对应的扩孔平均边缘拉伸极限应变