影響金屬拉伸試驗(yàn)的因素

宋如義

【摘 要】金屬拉伸試驗(yàn)是常溫下檢測金屬材質(zhì)的最廣泛的方法。金屬材料的拉伸性能主要取決于金屬自身的化學(xué)成分還有組織結(jié)構(gòu)。金屬拉伸試驗(yàn)的指標(biāo)和材料的應(yīng)力速率和應(yīng)變速率有關(guān)，因此相同的金屬材料在不同的條件下試驗(yàn)結(jié)果也不完全相同，影響金屬材質(zhì)拉伸試驗(yàn)結(jié)果的因素還有測量儀器、夾持方法、周圍溫度及人員操作等。

【關(guān)鍵詞】金屬；拉伸試驗(yàn)；影響因素

0.前言

在六十年代，美國基礎(chǔ)工程研究中就已經(jīng)得出結(jié)論，金屬材料的應(yīng)力與加載時的應(yīng)變率有著密切的關(guān)系。在近代材料研究中，表明一切固體都存在著流變現(xiàn)象，金屬材料在屈服階段，會呈現(xiàn)出粘彈性，材料的粘彈性還取決于時間和應(yīng)變率。金屬材料在一定的彈性范圍內(nèi)，其應(yīng)力和應(yīng)變成比例關(guān)系。金屬的屈服強(qiáng)度分為上屈服強(qiáng)度和下屈服強(qiáng)度，程序編制過程中，采用比較指令獲得屈服前的最大應(yīng)力，屈服階段會遍歷每個采樣點(diǎn)的值，不要初始瞬時效應(yīng)的最小應(yīng)力即可得到下屈服強(qiáng)度。延伸率的測量和計(jì)算的準(zhǔn)確程度非常重要，因?yàn)檫@會涉及到試樣斷裂判斷的準(zhǔn)確程度，在金屬拉伸試驗(yàn)中，通過反復(fù)試驗(yàn)，設(shè)定了一個科學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)，即當(dāng)載荷下降到試樣所承受的最大載荷的百分之七十時，認(rèn)為這樣的金屬試樣易被拉斷。金屬材料的拉伸試驗(yàn)的影響因素取決于拉伸速率、測量儀器及設(shè)備、溫度和工作人員操作水平，還有夾持方法等。

1.金屬拉伸試驗(yàn)的結(jié)構(gòu)原理

金屬的拉伸試驗(yàn)系統(tǒng)主要由油源、液壓集成塊、主機(jī)架、三路傳感器還有PC機(jī)等組成。液壓油通過計(jì)算機(jī)控制的數(shù)字閥進(jìn)入到主機(jī)架的油缸中，來實(shí)現(xiàn)對金屬材料的拉伸試驗(yàn)。金屬的拉伸試驗(yàn)的應(yīng)變、應(yīng)力、還有位移會在計(jì)算機(jī)屏幕上自動顯示出來，并且由計(jì)算機(jī)按照試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)對拉伸加載過程進(jìn)行實(shí)時切換控制，以得到相關(guān)的金屬試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)。通常情況下，金屬材質(zhì)的拉伸有三種本構(gòu)模式，一是低碳鋼型，二是高碳鋼型，這類金屬材料沒有明顯的屈服階段，對于高碳型材料，會產(chǎn)生0.2%的塑性應(yīng)變時的應(yīng)力作為其屈服指標(biāo)，第三種模式是鑄鐵型，其在較小的拉伸應(yīng)力下就會被拉斷，屈服和頸縮現(xiàn)象全無，應(yīng)變在拉斷前很小，延伸也非常小，幾乎小于5%。在滿足要求的應(yīng)力速率控制和應(yīng)變速率的控制基礎(chǔ)上，金屬拉伸試驗(yàn)研究的重要內(nèi)容就是實(shí)行實(shí)時控制方式的切換，還要考慮在試樣未知時，能夠智能的判斷材料的本構(gòu)模式。

2.影響金屬拉伸試驗(yàn)的因素

2.1拉伸速率

在一些關(guān)于金屬材料的室溫拉伸試驗(yàn)中規(guī)定在彈性范圍還有到達(dá)屈服強(qiáng)度時，試驗(yàn)機(jī)的夾頭的分離速率要保持恒定，并且要保持在應(yīng)力速率的范圍內(nèi)。在金屬彈性變形階段，金屬的可變性非常小，而拉伸的載荷量迅速變大，這個時候的拉伸試驗(yàn)若是以橫梁位移來控制，由于其速率太快會使整個彈性階段很快過去。若只是測量下屈服強(qiáng)度，試驗(yàn)的平行長度屈服期間的應(yīng)變速率要在每秒鐘0.00025到0.0025之間，而且要盡最大努力使平行長度的應(yīng)變速率保持在恒定值。在可塑的范圍強(qiáng)度應(yīng)變速率不能超過最大值，即每秒0.0025。應(yīng)力速率和應(yīng)變速率的切換中，盡量做到?jīng)]有掉力和沖擊力，這對于測試得出準(zhǔn)確結(jié)果是非常重要的。

2.2試樣要求

選擇試樣的性能、尺寸還有形狀是取決于要被試驗(yàn)的金屬材料的外形及性能的。在進(jìn)行加工過程中，我們應(yīng)提高試樣的技術(shù)要求，使誤差保持在很小的范圍內(nèi)，這個要求要落實(shí)到試樣制作的各個環(huán)節(jié)上，首先從產(chǎn)品到壓制坯或者是鑄錠切取試樣坯，再到試樣制成，每個環(huán)節(jié)都要嚴(yán)格把關(guān)，這樣才能保證試驗(yàn)的準(zhǔn)確性。對于恒定橫截面產(chǎn)品和鑄造的試樣可以不經(jīng)過機(jī)械加工而直接進(jìn)行試驗(yàn)應(yīng)用。

2.3測量儀器及設(shè)備

測量儀器和設(shè)備的準(zhǔn)確度會直接影響到金屬拉伸試驗(yàn)的結(jié)果，所以對于試驗(yàn)的儀器一定要嚴(yán)格控制，試驗(yàn)中用到的量具、引伸計(jì)還有試驗(yàn)機(jī)都要經(jīng)過鑒定合格后才能使用，在使用時還要注意看其有效期，過期的不得使用。還有試驗(yàn)機(jī)的加載同軸度也會對試驗(yàn)結(jié)果造成影響，夾頭軸線和試樣軸線如果有偏離，會使試樣的承受額外的應(yīng)力影響試驗(yàn)的準(zhǔn)確性，試樣的偏離、彎曲等都會影響試驗(yàn)結(jié)果。

2.4夾持方法

試驗(yàn)的每個環(huán)節(jié)對試驗(yàn)的結(jié)果都有一定的影響，所以試樣的夾持方法對于金屬拉伸試驗(yàn)非常重要。試樣如果夾的不合理有可能會導(dǎo)致試樣變形，試樣若是夾不住，會出現(xiàn)試驗(yàn)中打滑的現(xiàn)象，這樣試驗(yàn)也無法正常進(jìn)行，還有若有試樣夾持有些偏離也會影響試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。我們要把試樣用上下夾頭夾牢，不用有太大的動作，以免其有些微的移動偏離，還有嚴(yán)禁移動橫梁處，在試驗(yàn)時，試驗(yàn)臺要進(jìn)行嚴(yán)格看護(hù)，避免產(chǎn)生不必要的麻煩，這些不可忽略的細(xì)節(jié)問題，對整個試驗(yàn)的成功進(jìn)行同樣重要。

2.5溫度問題

在金屬材料的拉伸試驗(yàn)的規(guī)定中試驗(yàn)溫度要求在10到35攝氏度范圍內(nèi)進(jìn)行，不同的金屬拉伸所需的試驗(yàn)溫度不同，工作人員要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行酌情處理。在溫度度量的時候，注意多處取值，還要注意外在因素的影響，溫度問題雖然是試驗(yàn)中的輔助因素，但是和試驗(yàn)中的其他步驟一樣會影響試驗(yàn)結(jié)果，所以我們要認(rèn)真對待。

2.6工作人員

金屬拉伸試驗(yàn)的工作中，作為相關(guān)操作的工作人員必須要有專業(yè)的職業(yè)技能，并且獲得國家技能認(rèn)證，還要具有良好的職業(yè)操守，避免個人太多主觀因素而影響到整個試驗(yàn)的結(jié)果。工作人員要嚴(yán)格要求自己，對試樣的標(biāo)尺、形狀的都要仔細(xì)測量以取樣。工作人員還要注意試驗(yàn)現(xiàn)場的秩序問題，固定好的試樣不要讓其他人去接近，整個試驗(yàn)中工作人員任務(wù)艱巨，承擔(dān)著非常重大的責(zé)任。

3.結(jié)束語

金屬拉伸的試驗(yàn)是常溫下檢測金屬材質(zhì)的有效手段，在進(jìn)行金屬拉伸試驗(yàn)時要注意到一些因素，如拉伸速率，測量的儀器設(shè)備還有工作人員的專業(yè)水準(zhǔn)等，本來金屬拉伸試驗(yàn)就是一個謹(jǐn)慎精確的工作，所以要對起實(shí)施過程嚴(yán)格把關(guān)，除了一些技術(shù)上的措施外還要考慮外界的影響因素，比如說試驗(yàn)的室溫要控制在要求范圍內(nèi)，這些輔助因素也都制約著試驗(yàn)的結(jié)果，拉伸試驗(yàn)的試樣是根據(jù)要測量的材料進(jìn)行選取的，對于試樣等輔助材料也要嚴(yán)格挑選，，使其能滿足技術(shù)要求，有助于試驗(yàn)成功完成。

【參考文獻(xiàn)】

[1]陳智軍，施文康，蔡增伸.金屬拉伸試驗(yàn)的測量與控制[J].計(jì)算機(jī)測量與控制，2005（12）.

[2]曾力.拉伸試驗(yàn)速率對低碳鋼力學(xué)性能的影響[J].理化檢驗(yàn)-物理分冊，2007（1）.

[3]樊慶東，楊達(dá).影響金屬拉伸試驗(yàn)的因素[J].品牌與標(biāo)準(zhǔn)化，2011（10）.

[4]徐海云.金屬拉伸試驗(yàn)屈服點(diǎn)影響因素分析[J].河北冶金，2011（6）.