8、材料性能研究：厚度与添加剂的影响

材料性能研究：厚度与添加剂的影响

低碳钢厚度减小对拉伸行为的影响

研究背景与目的

在材料科学领域，诸多因素如厚度、晶粒尺寸等会对材料的力学性能产生影响。此前已有不少研究关注这些因素对材料性能的作用。例如，Anand等人研究了退火黄铜试样厚度与晶粒尺寸比对流变应力的影响；Song等人探究了不同厚度纯铜的力学行为；Suh等人研究了铝板厚度和表面粗糙度对力学性能的影响；Rathmayr等人则开发了针对亚毫米尺寸试样的拉伸测试程序。

本次研究旨在对厚度范围从2.5mm到0.4mm的低碳钢进行拉伸力学性能的实验研究。通过面车削工艺实现厚度减小，选择合适的切削条件以降低加工后的工艺影响。对具有恒定纵横比的比例试样在不同方向上进行拉伸试验，考虑工程应力 - 应变曲线和真实应力 - 应变曲线，量化强度和延展性，并拟合和外推Ludwik幂律来表征颈缩后应变硬化行为。

材料与实验方法

材料选择

选用厚度为2.5mm的低碳普通钢薄板作为研究材料。

工件制备

1. 制造外径130mm、内径16mm、厚度2.5mm的垫圈。
2. 使用2轴CNC车床进行面车削工艺，将垫圈厚度减至2mm、1.5mm、1mm、0.8mm、0.6mm和0.4mm。设计并制造专用装置在加工过程中固定垫圈，垫圈通过螺纹在5mm宽度上夹在两个圆柱形部件之间。采用VBMT 16 04 04型号的硬质合金刀片进行加工，刀具刀尖半径为0.4mm，前角为5°。切削速度恒定为150m/min，进给速度为0.1mm/rev，切削深度为0.2mm，且切削深度小于刀尖半径以确保大部分热量由切屑带走。加工过程中使