20钢动态力学性能及本构模型的建立

薛进学;凌远非;崔凤奎;韩坤鹏;解克各;王宇

【摘 要】In order to study the flow law of components of 1020 steel formed by cold-beating, the room temperature quasi-static compressive tests and dynamic compressive tests with strain rate of 2 000~4 000 s-1 and 1020 steel temperature of 100~400 ℃ were conducted, the effects of dynamic mechanical properties, strain rate and temperature on the flow stress were investigated, and the constitutive model of 1020 steel was established.Modified JC model was established based on experimental results.Using standard statistical parameter method, comparison and analysis were made on the modified JC model, standard JC model and experimental results.The results revealed that the modified JC model possesses better capability in describing the relations between flow stress and strain, strain rate and temperature of 1020 steel.%为研究20钢大应变高速冷滚打成形的流动规律,进行20钢常温准静态压缩实验和应变率为2 000~4 000 s-1、温度为100~400 ℃时的动态压缩实验,分析动态力学性能和应变率及温度对流动应力的影响,建立20钢JC模型.并依据实验数据进行JC模型的修正.运用标准的统计参数方法,进行修正JC模型、标准JC模型及实验结果的对比分析.结果表明,修正的JC模型更能准确地描述20钢流动应力与应变,应变率和温度的关系.

【期刊名称】《河南理工大学学报（自然科学版）》

【年(卷),期】2016(035)006

【总页数】7页(P841-847)

【关键词】20钢;动态力学性能;流动应力;本构模型

【作 者】薛进学;凌远非;崔凤奎;韩坤鹏;解克各;王宇

【作者单位】河南科技大学 机电工程学院,河南 洛阳 471003;河南科技大学 机电工程学院,河南 洛阳 471003;河南科技大学 机电工程学院,河南 洛阳 471003;河南科技大学 机电工程学院,河南 洛阳 471003;河南科技大学 机电工程学院,河南 洛阳 471003;河南科技大学 机电工程学院,河南 洛阳 471003

【正文语种】中 文

【中图分类】TG331

20钢是优质碳素结构钢，其塑性和韧性较好，被广泛用于冷滚打成形制造各种零件，在航空航天、交通运输、机械制造、国防工业等领域具有广阔的应用前景。冷滚打塑性成形是一个十分复杂的过程[1]，为研究20钢在大应变高速冷滚打状态下金属塑性成形规律，需要建立准确描述20钢动态特性的本构模型。因此，建立能够描述20钢动态特性的本构模型具有重要意义。

材料本构模型有多种，常用的本构模型有Mechanic Threshold Stress(MTS)模型[2]，

Bammann-Chiesa-Johnson(BCJ)模型[3]，Arrhenius-Type(AT)模型[4]，Zerilli-Armstrong(ZA) 模型[5]，Cowper-Symonds(CS)模型[6]和Johnson-Cook(JC)模型[7]。其中Johnson-Cook模型是Johnson等[7]在1983年提出的经验本构模型，该模型只包含5个材料参数，因其形式简单，具有清晰的物理解释，得到工程方面的广泛运用。 Lin等[8-10]对合金钢进行不同温度下的准静态单轴拉伸实验，考虑应变、应变率和温度的耦合效应，结合实验数据建立能够准确预测高强度合金钢流动应力修正的JC模型； Wang[11]利用建立的JC模型计算Ti-6Al-4V在高剪切应变率作用下绝热剪切带平均温度，最高温度以及温度分布情况，指出绝热温升和不均匀的温度分布是由于金属微观组织之间相互作用引起的； He等[12]对20CrMo合金钢进行高温压缩实验，结合实验数据建立标准JC模型和AT模型，并且对这两种模型进行比较，结果表明,AT模型更能准确地预测20CrMo合金钢在高温条件下的流动应力；Hou等[13]依据Mg-Gd-Y准静态压缩实验和高应变率霍普金森实验数据建立修正的JC模型，该模型即使在外界温度明显低于室温的情况下也能够预测Mg-Gd-Y合金应力应变的关系； Grujicic等[14]基于Al-Mg-Mn合金热变形微观组织变化规律对JC模型的应变硬化项进行修正，将修正的本构模型导入有限元软件中对Al-Mg-Mn合金焊接过程进行仿真，预测不同焊接区域微观晶粒大小和材料的机械性能；Lin等[15]将JC模型和ZA模型有效结合起来建立一个新的本构模型，该模型能够在应变率和温度变化较大情况下描述高强度合金钢流动应力与应变、应变率和温度的关系；Umbrello等[16]根据已有的AISI 316L奥氏体不锈钢JC模型，对该材料的正交切削过程进行有限元仿真，预测切削力、温度分布和残余应力的变化，并且和实验结果对比，表明残余应力大小对JC模型中的材料参数非常敏感。

许多学者结合理论和实验研究了不同金属材料在不同应变率和不同温度下的流动应力和本构模型，而有关20钢在不同条件下的流动应力分析和本构模型的研究未见报道。因

此，本文进行20钢准静态压缩实验和不同应变率及不同温度下的动态压缩实验，分析应变率和温度对流动应力的影响，依据实验数据建立20钢的修正JC模型和标准JC模型，为研究20钢冷滚打成形零件质量和分析20钢塑性成形规律提供比较准确的数学模型。

实验材料为20钢，其主要化学成分如表1所示。试件形状为圆柱体，尺寸为 8 mm×6 mm，试件两端面的平行度为0.002。试件的制造工艺为车削→慢走丝线切割→磨削加工→抛光处理。试件数量为27个，试件分为9组，每组3个试件。

采用MTS万能实验机进行20钢常温准静态压缩实验，采用分离式霍普金森实验装置进行不同应变率和不同温度下的动态性能实验。

实验参数如表2所示。

采用MTS万能实验机对1组试件进行3次压缩实验，实验在常温下进行；实验机恒定下压速度为1.44 mm/min，试件放置在实验机的固定装置的上部，通过固定装置和硬化钢块体侧壁的摩擦力实现试件的夹紧。MTS机控制固定装置的底部，应变计连接在试件的测量截面，用来测量应变，从MTS机上的载荷传感器获得载荷用来计算应力。各个力学参数取3次实验的平均值，将获得的工程应力和应变转化为真应力和真应变。

1.3 动态实验过程

采用分离式霍普金森实验装置，取8组试件，实验温度分别为20,100,200,300,400 ℃，应变速率分别为2 000,2 500,3 000,4 000 s-1。实验时，试件两端先用酒精清洗干净，然后涂抹润滑膏，将试件放在入射杆和投射杆之间，通过调

节气压力和子弹长度来调节应变率。压杆和子弹由高强度合金钢制成，压杆和试件接触面平整并保持平行撞击。在入射杆和透射杆上贴上应变片，将入射杆和透射杆上的应变片连接到超动态应变仪上以便采集信号。根据一维应力波理论得到材料的应力、应变、应变率随时间变化的关系，将获得的工程应力和应变转化为真应力和真应变。

2 实验结果及分析

2.1 准静态实验结果及分析

20钢准静态压缩实验真实应力应变曲线如图1所示。图1表明,起初真应力随着真应变的增大呈线性增长，到达强化阶段，由于试件横截面面积增大，随着真应变的增大，真应力缓慢变化。和拉伸实验不同，20钢在压缩过程中没有明显的屈服阶段，取真应变0.003 5处对应的真应力213 MPa为屈服应力。

2.2 动态力学实验结果和分析

温度为20 ℃，应变率分别为2 000，2 500，3 000，4 000 s-1条件下20钢真实应力应变曲线如图2所示，应变率为3 000 s-1，温度分别为100，200，300，400 ℃时20钢真实应力应变曲线如图3所示，由图2～3可知：在实验过程中，材料主要经历了弹性阶段，强化阶段和卸载阶段。在同一应变率下的弹性阶段和强化阶段，流动应力随着应变的增大而增大，表现为应变硬化效应；在卸载阶段，流动应力随着应变的增大而急剧下降。由图3可知，相同的应变条件下，材料的流动应力、屈服应力和应力峰值随着应变率的增大而增大。一方面，随着应变率的上升，变形在瞬间完成，位错的数目和运动平

均速率增大，位错间割阶和交互作用机会增大，致使位错阻力增大，抵抗变形能力增强，表现为材料的应变率强化效应；另一方面，随着应变率的上升，流动应力缓慢上升，由于在高速、大应变率条件下，材料塑性变形产生的温升对位错的数目和运动产生影响，致使位错密度下降，进而使变形所需的流动应力下降，表现为温升软化效应，因此，在高速、大变形塑性变形过程中，强化作用和软化作用同时存在，在应变率为2 000～3 000 s-1，随着应变率的上升，流动应力缓慢上升，由于材料塑性变形产生的温升对流动应力产生了较大影响，与应变率强化效应相比，此时的温升软化效应起主导作用；在应变率为3 000～4 000 s-1时，流动应力随着应变率的增大而急剧增大，尽管材料的塑性变形产生的温升对流动应力产生影响，与应变率强化效应相比，此时的应变率强化效应起主导作用，表明20钢是对高应变率较为敏感的材料。由图3可知，在相同的应变率下，弹性模量和流动应力随着温度的升高而下降，温度升高使得热激活作用增强，材料的临界剪应力和滑移系增加，致使位错阻力减小，在外载荷作用下更容易产生变形，表明 20钢对温度的软化效应较为敏感。

3 本构模型的建立

本构模型为

(1)

式中：σ为流动应力；ε为材料的应变；为材料的应变率；α为变形历史；β为温度变化历史。

根据实验数据，在JC本构模型的基础上，建立描述20钢流动应力与应变、应变率和温度关系修正的JC模型和标准JC模型。JC本构模型为

(2)

式中：σ为Von-Mises流动应力；ε为等效塑性应变；为塑性应变率；T*为无量纲温度项(T*=(T-Tr)/(Tm-Tr))。

JC本构模型中有5个参数，A为材料屈服强度，B和n为应变硬化参数，C为应变率敏感系数，m为温度软化系数，0为JC模型参考应变率，取准静态的0.004 s-1，Tr为参考温度，取Tr=20 ℃，T为实验温度，Tm为实验材料熔点温度,20钢熔点温度取1 350 ℃。

3.1 参数A，B和n的确定

式(2)中(A+Bεn)表示应变硬化效应，参数A，B和n根据温度为20 ℃，应变率为0.004 s-1准静态实验数据确定，此时，式(2)转化为

(3)

(1)参数A确定。A为213 MPa，也就是准静态实验20钢屈服强度。

(2)参数B和n确定。式(3)两边取对数，可得

(4)

对图1的强化阶段的数据进行最小二乘直线拟合，ln (σ-A)和ln ε的关系如图4所示，拟合得到n为0.345(无量纲)，B为53 MPa。

3.2 参数C的确定

式(2)中(1+Cln *)表示应变率效应，参数C根据温度为20 ℃，不同应变率下的动态实验数据确定，此时T=Tr，式(2)转化为

(5)

结合图2的实验数据，取应变率分别为2 000，2 500，3 000，4 000 s-1，应变为0.03处的真实应力值，(σ/A+Bεn)-1和的关系如图5所示，拟合得到C为0.055(无量纲)。从图5中看出，拟合出的曲线与数据点误差较大，需要对本构模型中间项进行参数修正，图5中4个点纵坐标随着横坐标的增大开始缓慢增大而后急剧增大，采用以C为参数的对数函数拟合无法满足数据点变化趋势，因此，采用二次函数拟合，用+R代替参数C，则式(5)转化为

(6)

拟合得到P为9.84×10-9，Q为-4.04×10-5，R为0.084 2。

3.3 参数m的确定

式(2)中(1-(T*)m)表示温度软化效应，参数C根据应变率为3 000 s-1，不同温度下的动态实验数据确定，式(2)转化为

(7)

式中。式(7)两边取对数

(8)

结合图3的实验数据，取温度分别为100，200，300，400 ℃时应变为0.03处的真实应力值，ln )ln 0))和ln T*的关系如图6所示，拟合得到m为1.05(无量纲)。从图6中看出，拟合出的直线与数据点误差较大，需要对本构模型参数再次进行修正，虽然图6中4个点呈线性变化趋势，但是受到标准JC模型的，在只有斜率参数，没有截距参数的条件下，原拟合直线必过坐标原点，因此，会对拟合结果产生影响，为了减小拟合误差，在原有模型的基础上增加截距参数D，式(8)转化为

(9)

拟合得到m为0.69(无量纲)，D为-0.39(无量纲)，式(2)右边项转化为(1-(ET*)m)。

得到20钢的本构模型(修正JC模型和标准JC模型)为式(10)和式(11)。

(10)

(11)

4 修正JC模型和标准JC模型与实验数据相关度对比分析

为了直观反应两种本构模型与实验数据的相关度，使用标准的统计参数(平均相对误差AARE和相关系数R)分别对2种模型进行评价。平均相对误差AARE和相关系数R分别为

(12)

(13)

式中：Ei为实验值；Pi为预测值；为实验平均值；为预测平均值；N为分析数据个数。

2种模型预测值和实验值的相关性如图7～8所示，标准JC模型预测值和修正模型预测值的相关系数分别为0.81和0.97，图7～8以实验值为横坐标，以模型预测值为纵坐标的数据点分布情况，数据点分布越接近最优直线表示预测值与实验值得相关性越高，与图7相比，图8中的数据点分布更接近最优直线，因此，修正JC模型的相关系数明显高于标准JC模型。不同应变率不同温度下的2种模型预测值和实验值相对误差如图9～10所示，标准JC模型预测值的平均相对误差为3.4%～16.8%，修正JC模型预测值平均相对误差为1.3%～5.3%，修正JC模型的平均相对误差明显低于标准JC模型，因此，采用修正的JC模型能够更准确地描述20钢的动态特性。

5 结 论

(1)通过常温准静态压缩实验和动态压缩实验获得20钢基本力学参数，由动静态实验对比可知，材料的屈服应力随着应变率的增大而增大，尤其应变率为4 000 s-1时，屈服应力显著上升，应变率强化效应明显。

(2)20钢动态压缩实验表明，材料的流动应力受到应变率和温度的共同影响，流动应力随着应变率的增大而增大，随着温度的上升而减小，在高温条件下温度软化效应明显。

(3)依据20钢动态压缩实验数据建立了20钢的修正JC模型和标准JC模型。修正的JC模型更能准确描述20钢流动应力与应变，应变率和温度的关系。

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(责任编辑 李文清)

The dynamic mechanical properties and constitutive model of 1020 steel

XUE Jinxue，LING Yuanfei，CUI Fengkui，HAN Kunpeng，XIE Kege，WANG Yu

(School of Mechatronics Engineering, Henan University of Science and Technology, Luoyang 471003, Henan,China)

Abstract：In order to study the flow law of components of 1020 steel formed by cold-beating, the room temperature quasi-static compressive tests and dynamic compressive tests with strain rate of 2 000～4 000 s-1 and 1020 steel temperature of 100～400 ℃ were conducted, the effects of dynamic mechanical properties, strain rate and temperature on the flow stress were investigated, and the constitutive model of 1020 steel was established. Modified JC model was

established based on experimental results. Using standard statistical parameter method, comparison and analysis were made on the modified JC model, standard JC model and experimental results. The results revealed that the modified JC model possesses better capability in describing the relations between flow stress and strain, strain rate and temperature of 1020 steel.

Key words：1020 steel; dynamic mechanical properties; flow stress; constitutive model

薛进学,凌远非,崔凤奎,等.20钢动态力学性能及本构模型的建立[J].河南理工大学学报(自然科学版)，2016，35(6)：841-847.

doi：10.16186/j.cnki.1673-9787.2016.06.015

XUE J X，LING Y F，CUI F K，et al. The dynamic mechanical properties and constitutive

model

of

1020

steel[J].Journal

of

Henan

Polytechnic

University(Natural Science),2016，35(6)：841-847.doi:10.16186/j.cnki.1673-9787.2016.06.015

收稿日期：2016-06-12

基金项目：国家自然科学基金资助项目(51475146, 51475366)

作者简介：薛进学(1965—)，男，河南洛阳人，副教授，主要从事轴承精密制造技术

教学与研究工作。

E-mail：*****************

中图分类号：TG331

文献标志码：A

文章编号：1673-9787(2016)06-0841-07

采用分离式霍普金森实验装置，取8组试件，实验温度分别为20,100,200,300,400 ℃，应变速率分别为2 000,2 500,3 000,4 000 s-1。实验时，试件两端先用酒精清洗干净，然后涂抹润滑膏，将试件放在入射杆和投射杆之间，通过调节气压力和子弹长度来调节应变率。压杆和子弹由高强度合金钢制成，压杆和试件接触面平整并保持平行撞击。在入射杆和透射杆上贴上应变片，将入射杆和透射杆上的应变片连接到超动态应变仪上以便采集信号。根据一维应力波理论得到材料的应力、应变、应变率随时间变化的关系，将获得的工程应力和应变转化为真应力和真应变。

20钢准静态压缩实验真实应力应变曲线如图1所示。图1表明,起初真应力随着真应变的增大呈线性增长，到达强化阶段，由于试件横截面面积增大，随着真应变的增大，真应力缓慢变化。和拉伸实验不同，20钢在压缩过程中没有明显的屈服阶段，取真应变0.003 5处对应的真应力213 MPa为屈服应力。

温度为20 ℃，应变率分别为2 000，2 500，3 000，4 000 s-1条件下20钢真实

应力应变曲线如图2所示，应变率为3 000 s-1，温度分别为100，200，300，400 ℃时20钢真实应力应变曲线如图3所示，由图2～3可知：在实验过程中，材料主要经历了弹性阶段，强化阶段和卸载阶段。在同一应变率下的弹性阶段和强化阶段，流动应力随着应变的增大而增大，表现为应变硬化效应；在卸载阶段，流动应力随着应变的增大而急剧下降。由图3可知，相同的应变条件下，材料的流动应力、屈服应力和应力峰值随着应变率的增大而增大。一方面，随着应变率的上升，变形在瞬间完成，位错的数目和运动平均速率增大，位错间割阶和交互作用机会增大，致使位错阻力增大，抵抗变形能力增强，表现为材料的应变率强化效应；另一方面，随着应变率的上升，流动应力缓慢上升，由于在高速、大应变率条件下，材料塑性变形产生的温升对位错的数目和运动产生影响，致使位错密度下降，进而使变形所需的流动应力下降，表现为温升软化效应，因此，在高速、大变形塑性变形过程中，强化作用和软化作用同时存在，在应变率为2 000～3 000 s-1，随着应变率的上升，流动应力缓慢上升，由于材料塑性变形产生的温升对流动应力产生了较大影响，与应变率强化效应相比，此时的温升软化效应起主导作用；在应变率为3 000～4 000 s-1时，流动应力随着应变率的增大而急剧增大，尽管材料的塑性变形产生的温升对流动应力产生影响，与应变率强化效应相比，此时的应变率强化效应起主导作用，表明20钢是对高应变率较为敏感的材料。由图3可知，在相同的应变率下，弹性模量和流动应力随着温度的升高而下降，温度升高使得热激活作用增强，材料的临界剪应力和滑移系增加，致使位错阻力减小，在外载荷作用下更容易产生变形，表明 20钢对温度的软化效应较为敏感。

本构模型为

根据实验数据，在JC本构模型的基础上，建立描述20钢流动应力与应变、应变率

和温度关系修正的JC模型和标准JC模型。JC本构模型为

式中：σ为Von-Mises流动应力；ε为等效塑性应变；为塑性应变率；T*为无量纲温度项(T*=(T-Tr)/(Tm-Tr))。

JC本构模型中有5个参数，A为材料屈服强度，B和n为应变硬化参数，C为应变率敏感系数，m为温度软化系数，0为JC模型参考应变率，取准静态的0.004 s-1，Tr为参考温度，取Tr=20 ℃，T为实验温度，Tm为实验材料熔点温度,20钢熔点温度取1 350 ℃。

式(2)中(A+Bεn)表示应变硬化效应，参数A，B和n根据温度为20 ℃，应变率为0.004 s-1准静态实验数据确定，此时，式(2)转化为

(1)参数A确定。A为213 MPa，也就是准静态实验20钢屈服强度。

(2)参数B和n确定。式(3)两边取对数，可得

对图1的强化阶段的数据进行最小二乘直线拟合，ln (σ-A)和ln ε的关系如图4所示，拟合得到n为0.345(无量纲)，B为53 MPa。

式(2)中(1+Cln *)表示应变率效应，参数C根据温度为20 ℃，不同应变率下的动态实验数据确定，此时T=Tr，式(2)转化为

结合图2的实验数据，取应变率分别为2 000，2 500，3 000，4 000 s-1，应变为

0.03处的真实应力值，(σ/A+Bεn)-1和的关系如图5所示，拟合得到C为0.055(无量纲)。从图5中看出，拟合出的曲线与数据点误差较大，需要对本构模型中间项进行参数修正，图5中4个点纵坐标随着横坐标的增大开始缓慢增大而后急剧增大，采用以C为参数的对数函数拟合无法满足数据点变化趋势，因此，采用二次函数拟合，用+R代替参数C，则式(5)转化为

拟合得到P为9.84×10-9，Q为-4.04×10-5，R为0.084 2。

式(2)中(1-(T*)m)表示温度软化效应，参数C根据应变率为3 000 s-1，不同温度下的动态实验数据确定，式(2)转化为

式中。式(7)两边取对数

结合图3的实验数据，取温度分别为100，200，300，400 ℃时应变为0.03处的真实应力值，ln )ln 0))和ln T*的关系如图6所示，拟合得到m为1.05(无量纲)。从图6中看出，拟合出的直线与数据点误差较大，需要对本构模型参数再次进行修正，虽然图6中4个点呈线性变化趋势，但是受到标准JC模型的，在只有斜率参数，没有截距参数的条件下，原拟合直线必过坐标原点，因此，会对拟合结果产生影响，为了减小拟合误差，在原有模型的基础上增加截距参数D，式(8)转化为

拟合得到m为0.69(无量纲)，D为-0.39(无量纲)，式(2)右边项转化为(1-(ET*)m)。

得到20钢的本构模型(修正JC模型和标准JC模型)为式(10)和式(11)。

为了直观反应两种本构模型与实验数据的相关度，使用标准的统计参数(平均相对误差AARE和相关系数R)分别对2种模型进行评价。平均相对误差AARE和相关系数R分别为

式中：Ei为实验值；Pi为预测值；为实验平均值；为预测平均值；N为分析数据个数。

2种模型预测值和实验值的相关性如图7～8所示，标准JC模型预测值和修正模型预测值的相关系数分别为0.81和0.97，图7～8以实验值为横坐标，以模型预测值为纵坐标的数据点分布情况，数据点分布越接近最优直线表示预测值与实验值得相关性越高，与图7相比，图8中的数据点分布更接近最优直线，因此，修正JC模型的相关系数明显高于标准JC模型。不同应变率不同温度下的2种模型预测值和实验值相对误差如图9～10所示，标准JC模型预测值的平均相对误差为3.4%～16.8%，修正JC模型预测值平均相对误差为1.3%～5.3%，修正JC模型的平均相对误差明显低于标准JC模型，因此，采用修正的JC模型能够更准确地描述20钢的动态特性。

5 结 论

(1)通过常温准静态压缩实验和动态压缩实验获得20钢基本力学参数，由动静态实验对比可知，材料的屈服应力随着应变率的增大而增大，尤其应变率为4 000 s-1时，屈服应力显著上升，应变率强化效应明显。

(2)20钢动态压缩实验表明，材料的流动应力受到应变率和温度的共同影响，流动应

力随着应变率的增大而增大，随着温度的上升而减小，在高温条件下温度软化效应明显。

(3)依据20钢动态压缩实验数据建立了20钢的修正JC模型和标准JC模型。修正的JC模型更能准确描述20钢流动应力与应变，应变率和温度的关系。

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(责任编辑 李文清)

The dynamic mechanical properties and constitutive model of 1020 steel

XUE Jinxue，LING Yuanfei，CUI Fengkui，HAN Kunpeng，XIE Kege，WANG Yu

(School of Mechatronics Engineering, Henan University of Science and Technology, Luoyang 471003, Henan,China)

Abstract：In order to study the flow law of components of 1020 steel formed by cold-beating, the room temperature quasi-static compressive tests and dynamic compressive tests with strain rate of 2 000～4 000 s-1 and 1020 steel temperature of 100～400 ℃ were conducted, the effects of dynamic mechanical properties, strain rate and temperature on the flow stress were investigated, and the constitutive model of 1020 steel was established. Modified JC model was established based on experimental results. Using standard statistical parameter method, comparison and analysis were made on the modified JC model, standard JC model and experimental results. The results revealed that the modified JC model possesses better capability in describing the relations between flow stress and strain, strain rate and temperature of 1020 steel.

Key words：1020 steel; dynamic mechanical properties; flow stress; constitutive model

薛进学,凌远非,崔凤奎,等.20钢动态力学性能及本构模型的建立[J].河南理工大学学报(自然科学版)，2016，35(6)：841-847.

doi：10.16186/j.cnki.1673-9787.2016.06.015

XUE J X，LING Y F，CUI F K，et al. The dynamic mechanical properties and constitutive

model

of

1020

steel[J].Journal

of

Henan

Polytechnic

University(Natural Science),2016，35(6)：841-847.doi:10.16186/j.cnki.1673-9787.2016.06.015

收稿日期：2016-06-12

基金项目：国家自然科学基金资助项目(51475146, 51475366)

作者简介：薛进学(1965—)，男，河南洛阳人，副教授，主要从事轴承精密制造技术教学与研究工作。

E-mail：*****************

中图分类号：TG331

文献标志码：A

文章编号：1673-9787(2016)06-0841-07

(1)通过常温准静态压缩实验和动态压缩实验获得20钢基本力学参数，由动静态实验对比可知，材料的屈服应力随着应变率的增大而增大，尤其应变率为4 000 s-1时，屈服应力显著上升，应变率强化效应明显。

(2)20钢动态压缩实验表明，材料的流动应力受到应变率和温度的共同影响，流动应力随着应变率的增大而增大，随着温度的上升而减小，在高温条件下温度软化效应明显。

(3)依据20钢动态压缩实验数据建立了20钢的修正JC模型和标准JC模型。修正的JC模型更能准确描述20钢流动应力与应变，应变率和温度的关系。