金屬材料拉伸試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果的主要影響因素分析

房永強(qiáng)，鄭曉斐

西部金屬材料股份有限公司理化檢驗(yàn)中心，陜西西安 710016

所謂金屬力學(xué)的性能試驗(yàn)主要指的就是在評(píng)定和檢測(cè)金屬材料的產(chǎn)品質(zhì)量時(shí)的一種重要方法。而其中的拉伸試驗(yàn)也得到了最為廣泛的應(yīng)用，也是作為力學(xué)試驗(yàn)的主要方法。作為拉伸的性能指標(biāo)主要指的就是對(duì)于金屬材料在研制和生產(chǎn)以及在檢驗(yàn)過程當(dāng)中是最為重要的一個(gè)測(cè)試項(xiàng)目, 并且在該試驗(yàn)的過程當(dāng)中，所測(cè)試的強(qiáng)度以及塑性的主要性能指標(biāo)也是反映出金屬材料性能的參數(shù)。但是，能夠影響其拉伸試驗(yàn)的結(jié)果也會(huì)存在很多因素, 例如，有強(qiáng)度的極限、彈性、屈服極限等, 這些雖然只是材料的一些固有屬性, 然而也會(huì)影響到試樣的尺寸、形狀，與加載的速度、加工的精度以及影響到周圍的環(huán)境等。

1 試樣制作的影響

由于在取樣時(shí)，所存在的方向差異則會(huì)影響到在金屬拉伸試驗(yàn)時(shí)的斷后伸長(zhǎng)率以及抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度的性能指標(biāo),尤其在斷后的伸長(zhǎng)率方面則會(huì)受到很大的影響。比如說,當(dāng)橫向進(jìn)行取樣時(shí),必須要按照相關(guān)的要求標(biāo)準(zhǔn),如果在試驗(yàn)后的伸長(zhǎng)率沒有達(dá)標(biāo)，那么平行在軋制方向,其表現(xiàn)是金屬力學(xué)的性能則是良好，相反，如果是垂直于軋制方向,其性能可能不會(huì)達(dá)到要求標(biāo)準(zhǔn)。

在切取樣坯時(shí)應(yīng)預(yù)防受熱、變形以及加工硬化等特點(diǎn)從而影響到力學(xué)的性能。如果在切取樣坯時(shí)必須要留有一定的加工余量,并且不能小于鋼材的厚度以及直徑,不能小于20mm，在機(jī)加工試樣時(shí),可以通過把受熱或者是冷加工的一部分硬化程度除掉,從而避免影響測(cè)定的性能。一旦把樣坯機(jī)加工為試樣,主要是通過車、銑、刨、磨等幾個(gè)步驟加工而成的。

2 測(cè)試儀器和設(shè)備的影響

對(duì)于尺寸測(cè)量的儀器以及量具在進(jìn)行測(cè)量時(shí)，其準(zhǔn)確度必須要達(dá)到測(cè)量的要求標(biāo)準(zhǔn)，在進(jìn)行對(duì)尺寸測(cè)量時(shí)，主要是包括對(duì)原始的橫截面尺寸以及對(duì)斷后的橫截面尺寸，而分辨力也是對(duì)其影響是否準(zhǔn)確的重要條件之一，所以，應(yīng)用的量具和儀器必須要根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)量檢測(cè)部門通過后方使用。

3 對(duì)于夾持法的作用影響

在一般情況下，如果在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，我們會(huì)通過應(yīng)用夾持的方法對(duì)其進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，是尤為重要的一方面，如果出現(xiàn)在夾試樣不穩(wěn)妥的情況下，會(huì)無法進(jìn)行試驗(yàn)，如果出現(xiàn)夾持不夠穩(wěn)妥時(shí)，出現(xiàn)誤差的可能性就極大。在進(jìn)行拉伸試驗(yàn)時(shí)，一旦試樣上出現(xiàn)問題，對(duì)應(yīng)力集中造成一定的影響，從而就會(huì)出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象，從而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)不能正常的操作。假設(shè)當(dāng)加載軸線應(yīng)與試樣的中心沒有達(dá)成一致時(shí)，在偏心加載方面就會(huì)造成彎曲的問題，但是在一般的狀態(tài)下，試樣是不允許存在偏心力的現(xiàn)象的，極易會(huì)促使力的偏心造成明顯偏移。如果選用不適合的拉伸夾則會(huì)給試樣造成一定的附加彎曲應(yīng)力，對(duì)結(jié)果產(chǎn)生一定的誤差，此外，如果拉伸夾在選擇時(shí)不得當(dāng)也會(huì)給拉伸試樣造成打滑以及斷裂等，從而致使得不到準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)偏低等后果。在進(jìn)行加載系統(tǒng)以及試樣的幾何形狀，或者是非均質(zhì)試樣時(shí)一般都會(huì)出現(xiàn)偏心加載，因此必須要降低存在的偏心效應(yīng)，嚴(yán)格根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行操作。

4 受溫度的影響

影響材料性能的另一個(gè)重要因素就是溫度。由于一般的金屬材料會(huì)隨著溫度不斷的升高，而測(cè)量的強(qiáng)度指標(biāo)則會(huì)出現(xiàn)下降，而溫度所造成的影響則可以不用計(jì)算，但應(yīng)用高精度荷載的傳感器時(shí)，對(duì)于特殊材料，就必須要考慮到是否受到了溫度的影響，應(yīng)及時(shí)修正。

5 受拉伸速率作用

由于拉伸的速率是作為在拉伸試驗(yàn)當(dāng)中必須要控制的一個(gè)參數(shù)，所以拉伸的速率就會(huì)影響到金屬材料的應(yīng)力。通過在常溫下，其拉伸的速率必須會(huì)給試驗(yàn)結(jié)果造成影響，如果拉伸的速率較大，其屈服的強(qiáng)度以及規(guī)定的延伸強(qiáng)度必定會(huì)存在一定程度的提高。然而也會(huì)因不同材料也會(huì)對(duì)速度產(chǎn)生不同的影響，其拉伸的速率強(qiáng)度也會(huì)對(duì)材料產(chǎn)生不同的影響效果。如果強(qiáng)度較低，并且塑性較好的材料對(duì)其的影響就是非常大，同時(shí)對(duì)屈服強(qiáng)度也會(huì)造成很大的影響。因此，必須要把規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)作為參考值，在規(guī)定測(cè)量的非比例當(dāng)中，其延伸強(qiáng)度以及上屈服強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度必須要按照規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進(jìn)行。

在對(duì)下屈服強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)定時(shí)，其平行的長(zhǎng)度必須要達(dá)到一定的變速率標(biāo)準(zhǔn)，并且其平行的長(zhǎng)度也應(yīng)保持在恒定之內(nèi)。如果是在在塑性的范圍到規(guī)定的強(qiáng)度應(yīng)變率也是不能超過規(guī)定范圍之內(nèi)的。當(dāng)試驗(yàn)機(jī)無能力再進(jìn)行測(cè)量以及無力再控制應(yīng)變速率時(shí)，其主要的拉伸率必須要控制在試驗(yàn)機(jī)的兩夾頭，并且通過在力的影響下分離其應(yīng)力的速率。如果測(cè)定的抗拉強(qiáng)度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，而它的塑性范圍平行長(zhǎng)度的應(yīng)變速率就應(yīng)≤0.008/S。

6 人為因素的影響

由于拉伸試樣的橫截面積是作為非常關(guān)鍵的一個(gè)重要問題，而檢測(cè)人員在對(duì)其進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)的依據(jù)主要包括在兩方面，一方面就是對(duì)其金屬的拉伸試驗(yàn)。而另一個(gè)方面則是對(duì)材料產(chǎn)品的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，在一些產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)說明上則會(huì)明確規(guī)定其拉伸的試驗(yàn)橫截面積，并且要按照名義尺寸的橫截面積規(guī)定要求，但是，在產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)中如果沒有特殊的規(guī)定，就必須要遵循國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，對(duì)其實(shí)際尺寸進(jìn)行測(cè)量。但是如果都是按照名義的尺寸去計(jì)算其橫截面積，所測(cè)試的得出的結(jié)果則會(huì)受到一定的影響，甚至把合格強(qiáng)度的測(cè)為不合格的，存在把不合格測(cè)定為合格的情況。

在拉伸試樣時(shí)必須要按照直徑的大小來選擇外徑的千分尺以及游標(biāo)卡尺等。一旦應(yīng)用的測(cè)量方法不夠精準(zhǔn)，則會(huì)影響到人為的尺寸在進(jìn)行測(cè)量時(shí)出偏大，甚至給強(qiáng)度測(cè)試出現(xiàn)偏低的測(cè)量結(jié)果。如果當(dāng)量具的測(cè)量面和試樣軸線出現(xiàn)垂直時(shí)，所測(cè)量得到的結(jié)果就是d1＞d0。

在測(cè)量試樣的尺寸時(shí)，如果把數(shù)據(jù)看錯(cuò)，例如，把游標(biāo)卡尺或者是把外徑千分尺看錯(cuò)，甚至對(duì)于在光圓拉伸試驗(yàn)外徑以及在薄板的矩形拉伸試樣，極易把外徑千分尺測(cè)量時(shí)的數(shù)據(jù)讀成0.5mm，因?yàn)橥鈴角Х殖邷y(cè)量同一圈就0.5mm，如果不注意的話就很容易看錯(cuò)一圈，所測(cè)量的結(jié)果出現(xiàn)不準(zhǔn)確的現(xiàn)象。

在一般情況下，如果操作的技術(shù)以及在主觀因素下出現(xiàn)不同情況時(shí)，則會(huì)給測(cè)量的結(jié)果造成一定的誤差。在相同條件下，不同人員進(jìn)行拉伸試驗(yàn)操作，實(shí)驗(yàn)結(jié)果也或多或少的存在差異。

7 結(jié)論

在上述的因素中，對(duì)于金屬材料試驗(yàn)的拉伸結(jié)果其影響是不同的。在現(xiàn)實(shí)的檢測(cè)當(dāng)中，應(yīng)盡量確定這些所存在的因素，從而對(duì)產(chǎn)生的各種因素進(jìn)行制定各種操作流程，在進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)必須要選用正確的方向，從而加強(qiáng)它的準(zhǔn)確度。如果是在對(duì)其檢定時(shí)，則必須要通過應(yīng)用檢測(cè)儀器，盡量要應(yīng)用拉伸速率測(cè)試以及應(yīng)用夾持的方法，促使試驗(yàn)的溫度達(dá)到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)要求。此外，要控制在試驗(yàn)當(dāng)中的過程，以確保在進(jìn)行操作進(jìn)達(dá)到一定的要求標(biāo)準(zhǔn)，確保實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度。

[1]熊麗霞，吳慶華.材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)[M].北京：科學(xué)出版社，2006.

[2]GB/T 228.1-2010金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)方法.