壓縮試驗

2.2.1 試驗目的

本研究之封片鍛造、穿刺過程將會使材料產生劇烈塑性變形，而 壓縮試驗能獲得塑性變形較大時之材料機械性質。本研究亦針對極低 碳鋼棒材進行壓縮試驗以取得其材料機械性質。

當進行端面壓縮試驗時，由於試片與上下壓板接觸介面摩擦之影 響，使得試片兩端面受到侷限，以致試片介面材料徑向流動受到抑 制，因此產生如圖 14 所示，較不易塑性變形之斜線區域，造成試片 產生桶狀之外型。所以以此條件下所得到之結果，非真正單軸壓縮之 應力-應變關係。一般可利用修正單軸壓縮試驗[11]、[12]，使介面摩

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擦影響因素降至最低。此修正法乃以相同負荷條件，將不同直徑高度 比 d0/h0之試片產生的壓縮應變，以線性方式外插取得 d0/h0為零之相 對應變。當 d0/h0之比值為零時，試片高度可視為無限大，因此端面 摩擦力對整體試片的影響將非常小，所以試片之整體變形可視為均勻 壓縮變形。其中 d0為直徑、h0為高度。

因此，本試驗將藉由修正壓縮試驗，取得真正單軸壓縮之應力-應變關係。

圖 14 單軸壓縮試驗試片發生桶狀外型之示意圖[11]、[12]

2.2.2 實驗方法與結果

本研究之壓縮試驗係採用本實驗室之伺服控制試驗機(圖 15)，進 行常溫壓縮試驗。

壓縮試驗之試棒材料為圓柱試棒，試棒直徑 d0=6mm 為定值，試 棒高度 h0分別取高度為 3、4、6、8 (mm)，使直徑高度比為 2、1.5、

1、0.75，同一直徑高度比試片分別以壓縮力量 1300、1500、1700、

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2100、2300、2500 公斤重進行實驗，並以二硫化鉬做為潤滑劑。

將同尺寸試棒分為一組，以低速率 0.5mm/min，施以壓縮力量分 別壓縮至壓縮力量為 1300~2500 公斤重，再持壓 30 秒後取出，量測 其不同力量壓縮後之應變，藉此取得材料的機械性質。圖 16 為 d0=6、

h0=6 試棒壓縮至不同力量之實驗結果。表 1 為壓縮試驗工程應變結 果。

圖 15 伺服馬達控制試驗機

圖 16 極低碳鋼 d0=6、h0=6 試棒以 1300~2500 公斤重壓縮試驗結果

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表 1 壓縮試驗之應變結果

將壓縮試驗結果轉換為真實應變並其外插至直徑高度比為 0(圖 17)。經由壓縮試驗量測取得之應力為工程應力，將其轉換為真實應 力並與真實應變繪製曲線圖(圖 18)。

圖中深藍色曲線為外插至高度為無限大之材料機械性質、亦即為 本研究壓縮試驗修正後之單軸壓縮試驗材料機械性質。將修正壓縮試 驗所得之材料機械性質與拉伸試驗後以 power law 擬合的材料機械性 質比較(圖 19)，由結果看出其塑性材料機械性質相吻合。本研究後續 之封片材料性質皆使用此 power law 的材料性質方便帶入模擬。

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圖 17 極低碳鋼單軸壓縮試驗及外插至 d0/h0 為零之結果

圖 18 極低碳鋼壓縮試驗及外插至 d0/h0 為零之真實應力-應變曲線

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圖 19 極低碳鋼修正壓縮試驗之真實應力-應變曲線與拉伸試驗 -power law 擬合曲線比較