拉力試驗(yàn)機(jī)與萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì)

梁穎

摘要：本文首先介紹了什么是拉力試驗(yàn)機(jī)，然后介紹了拉力試驗(yàn)機(jī)的應(yīng)用與發(fā)展，最后介紹了材料試驗(yàn)機(jī)行業(yè)的發(fā)展思路。

關(guān)鍵詞：拉力試驗(yàn)機(jī)；萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)；現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢(shì)

一、前言

工業(yè)生產(chǎn)中各種材料、零部件、構(gòu)件以及整機(jī)或整個(gè)建筑物等都需要經(jīng)過(guò)試驗(yàn)才能確定它們的力學(xué)性能。拉力試驗(yàn)機(jī)及萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)能夠很好地對(duì)材料進(jìn)行檢測(cè)試驗(yàn)。

二、什么是拉力試驗(yàn)機(jī)

1、拉力試驗(yàn)機(jī)拉伸試驗(yàn)

是指在承受軸向拉伸載荷下測(cè)定材料特性的試驗(yàn)方法。利用拉伸試驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)可以確定材料的彈性極限、伸長(zhǎng)率、彈性模量、比例極限、面積縮減量、拉伸強(qiáng)度、屈服點(diǎn)、屈服強(qiáng)度和其它拉伸性能指標(biāo)。從高溫下進(jìn)行的拉伸試驗(yàn)可以得到蠕變數(shù)據(jù)。金屬拉伸試驗(yàn)的步驟可參見(jiàn)ASTME-8標(biāo)準(zhǔn)。

2、拉力試驗(yàn)機(jī)

測(cè)定材料在拉伸載荷作用下的一系列特性的試驗(yàn)，又稱抗拉試驗(yàn)。它是材料機(jī)械性能試驗(yàn)的基本方法之一，主要用于檢驗(yàn)材料是否符合規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)和研究材料的性能。

3、拉力試驗(yàn)機(jī)性能指標(biāo)

拉伸試驗(yàn)可測(cè)定材料的一系列強(qiáng)度指標(biāo)和塑性指標(biāo)。強(qiáng)度通常是指材料在外力作用下抵抗產(chǎn)生彈性變形、塑性變形和斷裂的能力。材料在承受拉伸載荷時(shí)，當(dāng)載荷不增加而仍繼續(xù)發(fā)生明顯塑性變形的現(xiàn)象叫做屈服。產(chǎn)生屈服時(shí)的應(yīng)力，稱屈服點(diǎn)或稱物理屈服強(qiáng)度，用σS（帕）表示。工程上有許多材料沒(méi)有明顯的屈服點(diǎn)，通常把材料產(chǎn)生的殘余塑性變形為0.2%時(shí)的應(yīng)力值作為屈服強(qiáng)度，稱條件屈服極限或條件屈服強(qiáng)度，用σ0.2表示。材料在斷裂前所達(dá)到的最大應(yīng)力值，稱抗拉強(qiáng)度或強(qiáng)度極限，用σb（帕）表示。

4、拉力試驗(yàn)機(jī)塑性

是指金屬材料在載荷作用下產(chǎn)生塑性變形而不致破壞的能力，常用的塑性指標(biāo)是延伸率和斷面收縮率。延伸率又叫伸長(zhǎng)率，是指材料試樣受拉伸載荷折斷后，總伸長(zhǎng)度同原始長(zhǎng)度比值的百分?jǐn)?shù)，用δ表示。斷面收縮率是指材料試樣在受拉伸載荷拉斷后，斷面縮小的面積同原截面面積比值的百分?jǐn)?shù)，用ψ表示。

5、拉力試驗(yàn)機(jī)曲線

條件屈服極限σ0.2、強(qiáng)度極限σb、伸長(zhǎng)率δ和斷面收縮率ψ是拉伸試驗(yàn)經(jīng)常要測(cè)定的四項(xiàng)性能指標(biāo)。此外還可測(cè)定材料的彈性模量E、比例極限σp、彈性極限σe等。

6、拉力試驗(yàn)機(jī)試驗(yàn)方法

拉伸試驗(yàn)在材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。試驗(yàn)機(jī)有機(jī)械式、液壓式、電液或電子伺服式等型式。試樣型式可以是材料全截面的，也可以加工成圓形或矩形的標(biāo)準(zhǔn)試樣。鋼筋、線材等一些實(shí)物樣品一般不需要加工而保持其全截面進(jìn)行試驗(yàn)。試樣制備時(shí)應(yīng)避免材料組織受冷、熱加工的影響，并保證一定的光潔度。

7、拉力試驗(yàn)機(jī)試驗(yàn)時(shí)

試驗(yàn)機(jī)以規(guī)定的速率均勻地拉伸試樣，試驗(yàn)機(jī)可自動(dòng)繪制出拉伸曲線圖。對(duì)于低碳鋼等塑性好的材料，在試樣拉伸到屈服點(diǎn)時(shí)，測(cè)力指針有明顯的抖動(dòng)，可分出上、下屈服點(diǎn)，在計(jì)算時(shí)，常取材料的δ和ψ，可將試驗(yàn)斷裂后的試樣拼合，測(cè)量其伸長(zhǎng)和斷面縮小面積從而計(jì)算出來(lái)。

三、拉力試驗(yàn)機(jī)的應(yīng)用與發(fā)展

拉力試驗(yàn)機(jī)主要用于測(cè)試各種材料、半成品及成品的抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度及伸長(zhǎng)量，可做剝離、撕裂、抗彎、抗折、壓縮等試驗(yàn)，適合金屬、塑料、橡膠、紡織品、合成化學(xué)制品、電線電纜、皮革等行業(yè)使用。

拉力試驗(yàn)機(jī)也稱電子拉力試驗(yàn)機(jī)，又分為單柱拉力試驗(yàn)機(jī)和雙柱拉力試驗(yàn)機(jī)。其中萬(wàn)能拉力試驗(yàn)機(jī)的首要技術(shù)參數(shù)是最大試驗(yàn)力，即測(cè)驗(yàn)物體能接受多大的壓力才會(huì)變形或許碎裂，通常用公斤力來(lái)表明壓力，單位牛頓N、千牛KN（也有用“公斤KG、噸T、千帕KP”來(lái)表明的）。測(cè)驗(yàn)規(guī)模通常是以最大試驗(yàn)力為上限向下兼容。加壓設(shè)備通常選用液壓或氣壓加壓。

不同行業(yè)的原料抗壓強(qiáng)度不一樣，因而拉力試驗(yàn)機(jī)的丈量規(guī)模也有所不一樣，盡管測(cè)驗(yàn)規(guī)模是以最大試驗(yàn)力為上限向下兼容，可是用大量程的設(shè)備去測(cè)驗(yàn)抗壓需求很低的物體，試驗(yàn)成果的精確度就難確保，就如同用用地秤去秤一粒冰糖，是無(wú)法讀出數(shù)據(jù)的。因而在選購(gòu)拉力試驗(yàn)機(jī)時(shí)需要先確定使用范圍。

相對(duì)于拉力試驗(yàn)機(jī)，萬(wàn)能拉力試驗(yàn)機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域也越來(lái)越廣泛，并且拉力試驗(yàn)機(jī)在市場(chǎng)中的需求也不斷擴(kuò)大，給拉力試驗(yàn)機(jī)的發(fā)展帶來(lái)更為廣闊的發(fā)展前景。就目前拉力試驗(yàn)機(jī)的發(fā)展前景來(lái)看，國(guó)內(nèi)試驗(yàn)機(jī)檢測(cè)設(shè)備的技術(shù)水平與國(guó)外的先進(jìn)設(shè)備依然有著較大的差距，核心技術(shù)的不足，足以制約國(guó)內(nèi)試驗(yàn)機(jī)市場(chǎng)的發(fā)展。同時(shí)，我國(guó)目前已投入使用的高端試驗(yàn)機(jī)中，仍然有相當(dāng)一部分的一流設(shè)備還是依靠進(jìn)口，這樣便使國(guó)內(nèi)試驗(yàn)機(jī)市場(chǎng)始終處于被動(dòng)狀態(tài)，還無(wú)法徹底立足于國(guó)際試驗(yàn)機(jī)市場(chǎng)。

因此，中國(guó)的萬(wàn)能拉力試驗(yàn)機(jī)若想立足于國(guó)際市場(chǎng)，企業(yè)自身必然要擁有核心的技術(shù)攻關(guān)團(tuán)隊(duì)，目前許多新的領(lǐng)域已經(jīng)越來(lái)越受到各行各業(yè)的重視，試驗(yàn)機(jī)行業(yè)也開(kāi)始參與到這些新的領(lǐng)域中來(lái)，目前一些新產(chǎn)業(yè)的發(fā)展成功推動(dòng)了試驗(yàn)機(jī)行業(yè)的發(fā)展，新領(lǐng)域的蓬勃發(fā)展不僅帶動(dòng)了試驗(yàn)機(jī)產(chǎn)能的增加，更迫切的是需要試驗(yàn)機(jī)市場(chǎng)研發(fā)出更多的新型設(shè)備，以達(dá)到試驗(yàn)機(jī)與新領(lǐng)域共同的開(kāi)拓與發(fā)展，達(dá)到互利共贏。

四、材料試驗(yàn)機(jī)行業(yè)的發(fā)展思路

由于試驗(yàn)機(jī)夾具使用的特殊性，以及新材料的不斷出現(xiàn)，夾具的設(shè)計(jì)一直處在被動(dòng)的局面。我們每天都會(huì)碰到新材料，需要設(shè)計(jì)新的夾具。我們只有總結(jié)過(guò)去的成功經(jīng)驗(yàn)，來(lái)順應(yīng)新的發(fā)展趨勢(shì)。

對(duì)拉力試驗(yàn)機(jī)夾具好壞的判定很難界定，由于夾具結(jié)構(gòu)的特殊性，對(duì)一種夾具，有時(shí)我們很難確定它到底更適合那種試樣，通常從以下三點(diǎn)來(lái)判斷：1、夾具是否使用方便、安全；2、夾持是否可靠，不能有打滑現(xiàn)象；3、做試驗(yàn)過(guò)程中，試樣斷點(diǎn)好。數(shù)據(jù)離散性小。（即試樣不斷鉗口、鉗口內(nèi)、平行段或標(biāo)距外）而有幾種類型的材料，有與本身的特性及適用的環(huán)境特殊，目前為止，解決的辦法并不多。

1、鋼絲、鋼絞線由于試樣硬度高，內(nèi)部結(jié)構(gòu)相對(duì)松散，在拉伸試驗(yàn)過(guò)程中受力不均勻，夾持試樣的鉗口易磨損等原因，夾具一直未得到好的解決。過(guò)去是夾鋁箔來(lái)做，一次試驗(yàn)就耗費(fèi)四片鋁箔，浪費(fèi)太大?，F(xiàn)在采用了噴涂金剛砂的拉力試驗(yàn)機(jī)夾具，打滑問(wèn)題解決了，但斷口位置始終未能理想，10根試樣只能成功一半左右。

2、對(duì)于變形量大的材料由于變形過(guò)大，所以?shī)A持困難，夾具的設(shè)計(jì)也是一個(gè)難點(diǎn)。

3、對(duì)于需要在高溫環(huán)境下做的試驗(yàn)，夾具的要求也很高，既要耐高溫，又要不變形，體積要小，所以一般的試驗(yàn)機(jī)廠家來(lái)說(shuō)，也是很難搞定的事情。

4、對(duì)于批量大，高頻率的試驗(yàn)來(lái)說(shuō)，國(guó)外普遍采用全自動(dòng)夾持，對(duì)于國(guó)內(nèi)試驗(yàn)機(jī)廠家來(lái)說(shuō)，還是個(gè)待完善的新課題。

5、對(duì)于成品及半成品的檢測(cè)，需要的夾具則是五花八門(mén)，如何個(gè)性化滿足客戶要求，對(duì)所有試驗(yàn)機(jī)廠家來(lái)說(shuō)，都是一個(gè)挑戰(zhàn)。

五、結(jié)束語(yǔ)

拉力試驗(yàn)機(jī)以及萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)能夠很好的檢測(cè)材料的各項(xiàng)性能，保證材料的質(zhì)量。拉力試驗(yàn)機(jī)以及萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)廣泛的應(yīng)用于各行業(yè)，其未來(lái)的發(fā)展前景是需要符合社會(huì)發(fā)展需求的。

參考文獻(xiàn)：

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[2]《材料試驗(yàn)機(jī)快報(bào)》

[3]《機(jī)械產(chǎn)品目錄》