一种超高应变率的金属材料力学性能测试方法与流程

技术特征：

1.一种超高应变率的金属材料力学性能测试方法，其特征在于：该测试方法具体包括：

步骤S1：搭建高速直角切削实验平台，准备实验工件（1）并将其放置在所述实验平台上；

步骤S2：在所述实验平台上，对实验工件（1）进行变切削参数的直角切削实验，即分别改变切削速度和进给量，得到不同切削参数下的切屑（5），并获得主切削力F_C、进给抗力F_T和刀具（2）测量点温度T_c；

步骤S3：将步骤S2得到的切屑（5）进行分组镶嵌，并分别进行研磨抛光处理；同时配制所述实验工件（1）材料对应的腐蚀溶液，并对抛光研磨后的切屑（5）进行腐蚀处理后，在显微镜下观测其切屑（5）厚度a₀和剪切滑移距△x；

步骤S4：建立基于剪切滑移距△x的高速直角切削模型；

步骤S5：根据步骤S2获得的主切削力F_C和进给抗力F_T、以及步骤S3获得的切屑（5）厚度a₀和剪切滑移距△x，并结合步骤S4的切削模型，表征实验工件（1）的力学性能；

步骤S6：采用热导反求法，获得稳定时间点的刀具（2）测量点温度T_c与刀-屑界面温度的对应关系，求得前刀面温度T_AP；

步骤S7：采用切削物理仿真方法，仿真得到切削稳定状态下前刀面温度T_AP与剪切区温度之间的对应关系，并获得高速切削剪切滑移区的变形温度T_AB。

2.根据权利要求1所述的超高应变率的金属材料力学性能测试方法，其特征在于：所述步骤S3中，具体包括如下：

步骤S31：将得到的切屑（5）按进给量进行分组，并采用环氧树脂作为介质分别进行镶嵌，镶嵌时将切屑（5）的侧面与待观察面垂直；

步骤S32：将步骤S31中所制样本的待观察面在抛光机上进行粗研磨，直至切屑（5）纵截面完全露出，然后半精研磨和丝绒抛光，达到镜面的效果；

步骤S33：将步骤S32得到的切屑（5）样本放入腐蚀药水中腐蚀至设定时间，用蒸馏水冲洗干净，并烘干；

步骤S34：在显微镜下观测腐蚀后切削样本的切屑（5）厚度a₀和剪切滑移距△x。

3.根据权利要求1或2所述的超高应变率的金属材料力学性能测试方法，其特征在于：所述步骤S5中，切削模型分别包括如下：

剪切角：（a），其中a₀为切屑（5）厚度，a_c为切削厚度，为已知值，γ₀为刀具（2）前角；

剪切应力：（b），其中a_w为切削宽度；

剪切应变：（c）；

剪切应变率：（d），其中V为切削速度。

4.根据权利要求3所述的超高应变率的金属材料力学性能测试方法，其特征在于：所述表征实验工件（1）的力学性能，具体包括：

步骤S51：将步骤S3得到的切屑（5）厚度a₀，代入计算公式（a）中，获得剪切角Φ随切削速度的变化趋势；

步骤S52：步骤S2中得到的主切削力F_C和进给抗力F_T、及步骤S51中计算求得的剪切角Φ，代入计算公式（b）中，获得剪切应力随切削速度的变化趋势；

步骤S53：由步骤S51中计算求得的剪切角Φ，代入公式（c）中，获得剪切应变随切削速度的变化趋势；

步骤S54：由步骤S3得到的剪切滑移距△x及步骤S51中计算求得的剪切角Φ，带入公式（d）中，获得剪切应变率随切削速度的变化趋势。

5.根据权利要求1所述的超高应变率的金属材料力学性能测试方法，其特征在于：所述步骤S6中，利用Ansys Workbench软件，在其热分析环境中导入刀具（2）的三维模型，并使用热导反求法，获得稳定时间点对应的刀具（2）测量点温度T_C与刀-屑接触界面温度T_AP的对应关系，两者之间对应曲线成线性关系，可采用线性函数予以拟合，从而求得前刀面温度T_AP。

6.根据权利要求1所述的超高应变率的金属材料力学性能测试方法，其特征在于：所述步骤S7中，在Advantedge FEM中建立切削热传导模型，采用切削物理仿真方法，仿真得到切削稳定状态下，获得前刀面温度T_AP与剪切区温度T_AB之间的对应关系。

7.根据权利要求6所述的超高应变率的金属材料力学性能测试方法，其特征在于：所述前刀面温度T_AP与剪切区温度T_AB之间的对应关系，不同切削参数下，两者之间的对应曲线不同，并且二者之间的对应曲线成非线性关系，对应曲线可采用多项式函数予以拟合，从而得到剪切区温度T_AB。