關(guān)于影響鋼筋室溫拉伸試驗結(jié)果因素的探討

【摘 要】根據(jù)GB/T228.1-2010《金屬材料拉伸試驗第一部分：室溫試驗方法》，在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定拉伸速率試驗范圍內(nèi)，設(shè)定不同拉伸速度，得到相應(yīng)的強度試驗結(jié)果，根據(jù)試驗結(jié)果，分析影響鋼筋室溫拉伸試驗結(jié)果因素，找出影響拉伸試驗結(jié)果的主要原因，并結(jié)合本人多年從事鋼筋檢驗的經(jīng)驗，提出如何獲取準(zhǔn)確檢驗結(jié)果的幾點建議。

【關(guān)鍵詞】鋼筋；拉伸試驗；試驗速率；控制

0.前言

對金屬材料的力學(xué)性能分析，是通過力學(xué)性能試驗進行的，從理論上來說是要確定組織結(jié)構(gòu)、材料成分與材料的性能之間的關(guān)系，從實踐上來說，是在不同的復(fù)雜受構(gòu)件的變形過程中的材料行為[1]。進行構(gòu)件的設(shè)計的主要考慮項目之一便是材料的性能。

拉伸試驗是對材料在靜載、軸向下的強度和變形進行測定的一種試驗，也是工業(yè)上最普遍使用的一種最基本力學(xué)性能試驗，它能夠測定金屬材料的強度、彈性、硬化指數(shù)、塑性以及韌性等許多重要指標(biāo)。拉伸試驗已經(jīng)成為檢驗材質(zhì)的一個重要判據(jù)。

本文選用的的材料是φ50mm的50CrV圓鋼，經(jīng)過調(diào)質(zhì)工藝后，從一根棒料上截取25段，并將25段分成四組，每組有5根，統(tǒng)一在棒料的1/2R取φ10mm 作為力學(xué)性能的抗拉試樣。其中試驗選取WAW-1000型微機控制電液伺服萬能試驗機的各種數(shù)據(jù)現(xiàn)象進行記錄分析。

另外，將5組材料分別設(shè)定應(yīng)力速度25～30MPa·S-1；35～40MPa·S-1；45～50MPa·S-1；55～60MPa·S-1；65～-70MPa·S-1，以觀察應(yīng)力速度對屈服強度和抗拉強度的的影響。

1.試驗結(jié)果的分析

1.1平均應(yīng)力速率的公式推導(dǎo)

式中，Δt是達到負荷增加量所需的時間；ΔF是載荷增加量；FS是屈服點負荷；Fo是起始負荷；So是試樣原始橫截面積。

1.2屈服強度的計算公式

金屬材料相同時，它的屈服強度與抗拉強度基本是相對固定的，所以根據(jù)式（2），試驗時可以對加載時間Δt進行控制，達到控制應(yīng)力速率σ的目的。為了每一組的應(yīng)力速率都在要求的范圍之內(nèi)，首先要對試樣進行試?yán)?，并對載荷從零升到FS 所需要的時間記錄下來。

1.3試驗數(shù)據(jù)

在本試驗中，將試?yán)嚇拥钠骄鶓?yīng)力速率σ 和達到負荷增加量所需要的時間Δt 的數(shù)據(jù)作為參考，從而控制從試驗機微機直接讀出屈服點負荷FS 達到負荷增加量所需時間Δt，然后根據(jù)應(yīng)力速率的公式求出[2]。其中，應(yīng)力速率應(yīng)該保留兩位小數(shù)，而抗拉強度和屈服強度的數(shù)值應(yīng)該保留一位小數(shù)，所得的試驗數(shù)據(jù)如下表1所示。

2.拉伸速度影響屈服強度和抗拉強度的原因

金屬材料的實質(zhì)是按照一定結(jié)構(gòu)的金屬晶粒的堆積，在力學(xué)拉伸試驗中，試樣的屈服過程為，首先局部晶粒結(jié)構(gòu)薄弱的區(qū)域，由塑性變形滑移帶的產(chǎn)生。這一滑移帶會在某一應(yīng)力作用下，擴展到整個試樣。

加載速度的過快，會導(dǎo)致外力方向的晶面轉(zhuǎn)動不充分，而滑移則會在試樣的伸長擴展中受到阻礙，這種情況，宏觀表現(xiàn)為起始塑性變形抗力得到了提高。 拉伸試驗中，當(dāng)試驗機的外力或者負荷作用到試樣上之后，會使得試樣的內(nèi)部產(chǎn)生抗力，也就是應(yīng)力[3]。應(yīng)力會使得金屬材料發(fā)生變形、斷裂或者屈服。金屬材料的應(yīng)力便會使得金屬晶體發(fā)生滑移，最終導(dǎo)致金屬發(fā)生塑性變形，其中它的變形量和試樣原始截面積的比值稱為“應(yīng)變”。

拉伸速度過快，會使得負荷速率增大，在這種影響之下，金屬材料的應(yīng)力速率和應(yīng)變速率也會有所增大，最終造成了抗拉強度與屈服強度的提高，進而對測試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性造成影響。

3.拉伸速度的選擇

根據(jù)材料力學(xué)理論，當(dāng)外加載荷作用到試樣上時，金屬的內(nèi)部會產(chǎn)生應(yīng)力。這說明，材料內(nèi)部受到的應(yīng)力是源于外力作用的，其中拉伸速度的大小能夠?qū)?yīng)力速度與應(yīng)力速率的大小造成影響。所以，要對應(yīng)力的速度進行控制，可以通過對拉伸速度進行控制來實施。

國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T228-2010.1《金屬材料 拉伸實驗第一部分：室溫試驗方法》中對實驗速率的控制有兩種方法，即10.3應(yīng)變速率控制（方法A）和應(yīng)變速率控制的試驗速率（方法B）。使用方法B控制速率時規(guī)定：在彈性范圍和直至上屈服強度，試驗機夾頭的分離速率應(yīng)盡可能保持恒定并在規(guī)定的應(yīng)力速率6MPa·S-1～60 MPa·S-1的范圍內(nèi)；采用方法A控制速率時規(guī)定：測定下屈服強度時，在試樣平行長度的屈服期間應(yīng)變速率應(yīng)在0.00025 S-1～0.002 S-1之間。任何情況下，彈性范圍內(nèi)的應(yīng)力速率不得超過規(guī)定的最大速率”[4]。

所以，當(dāng)拉伸速度超過材料的塑性應(yīng)變時，材料內(nèi)部的位錯運動和硬化回復(fù)則會不完全，并使得屈服點上升。拉伸速度如何選擇也就是說控制在什么范圍，是通過平均應(yīng)力速率公式將負荷速率推導(dǎo)出來，并對其加以控制，然后實現(xiàn)對拉伸試驗應(yīng)變速率的控制，使的試驗條件能夠達到國家標(biāo)準(zhǔn)的要求。

4.結(jié)論

（1）在金屬室溫拉伸試驗中，當(dāng)拉伸速度不斷增大時，抗拉強度也大致呈現(xiàn)增長趨勢，但增長了一定階段之后，抗拉強度的增大的幅度會趨于緩慢。

（2）受到金屬的位錯滑移等原因的影響，當(dāng)拉伸速度不同時，試樣的強度也就會發(fā)生變化，其中屈服強度會有比較大的差別，而只有當(dāng)拉伸速度在國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定范圍之內(nèi)時，屈服強度才擁有可比性[5]。

（3）在試驗中能夠采用對負荷速率進行直接控制的方法，并應(yīng)用公式法，將試樣的規(guī)格代入到公式中去，從而將負荷速率計算出來。

【參考文獻】

[1]崔忠圻等.金屬學(xué)與熱處理原理[M].工業(yè)大學(xué)出版社，2004.

[2]董強，宰紹峰，孫建林，等.GB/T228.1—2010中的拉伸試驗速率及其控制[J].理化檢驗（物理分4t/i-）47（12），2011：774-781.

[3]國家機統(tǒng)編械工業(yè)委員會統(tǒng)編《金屬機械性能》[M].機械工業(yè)出版社，1988.

[4]《GB/T228-2010金屬材料 第一部分拉伸試驗.室溫試驗方法》[S].

[5]章榮建.金屬拉伸速度對強度影響的控制[J].機電技術(shù)，2，2008：38-40.