鋁合金及鈦合金拉伸試驗(yàn)中的特殊現(xiàn)象分析

張莉

摘 要：鋁合金實(shí)際應(yīng)用中較為廣泛，鈦合金具備較大的應(yīng)用潛力，之所以此兩種技術(shù)材料可以具備以上特點(diǎn)與這兩種金屬材料本身屬性有很大的關(guān)系。本文采用拉伸試驗(yàn)法針對(duì)鋁合金及鈦合金機(jī)械屬性進(jìn)行分析，希望可以更為深入分析鋁合金及鈦合金的機(jī)械屬性，為之后鈦合金與鋁合金的實(shí)際應(yīng)用提供一定幫助。

關(guān)鍵詞：鋁合金;鈦合金;拉伸試驗(yàn);特征

金屬拉伸試驗(yàn)屬于檢測金屬機(jī)械性能主要試驗(yàn)之一，通過金屬拉伸實(shí)驗(yàn)可以分析被測試金屬材料在軸向拉伸的荷載情況下具體特性變化等，更為全面準(zhǔn)確掌握金屬材料塑性、屈服性、抗拉強(qiáng)度、斷面收縮率、伸長率等。技術(shù)人員可以結(jié)合金屬材料具體機(jī)械屬性情況，將金屬運(yùn)用到合適的領(lǐng)域中去，不斷提升金屬材料利用質(zhì)量。

1.鋁合金及鈦合金拉伸試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)材料分別為鋁合金與鈦合金材料，將兩種待測試材料加工成標(biāo)準(zhǔn)試件，該實(shí)驗(yàn)中標(biāo)準(zhǔn)試件為圓柱體試件尺寸規(guī)格為20.00mm（直徑）×250mm（長度），以便于之后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)比較分析。其中所選擇的鋁合金材料為Al5083鋁合金，化學(xué)成分為Al（93.15%）、Mn（0.80%）、Cu（0.10%）、Si（0.40%）、Fe（0.40%）、Mg（4.60%）、Zn（0.25%）、Cr（0.15%）、Ti（0.15%）。所選擇鈦合金為TC4鈦合金化學(xué)成分為Ti（91.405%）、Ni（0.01%）、C（0.06%）、Si（0.07%）、Fe（0.08%）、Mo（0.015%）、V（4.29%）、Al（5.42%）。

1.2實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

定性了解鋁合金與鈦合金在拉伸作用下變化情況，分析鈦合金及鋁合金在硬度、抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、伸長率、斷面收縮率、彈性模量等方面上的特征，研究兩種材料在機(jī)械性能方面上存在差異性。

1.3實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備

按照實(shí)驗(yàn)需要準(zhǔn)備好實(shí)驗(yàn)所需要的材料，為了盡可能使得實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確，本實(shí)驗(yàn)分別選擇尺寸規(guī)格相同的Al5083鋁合金與TC4鈦合金試驗(yàn)件兩組，每一組2件，最終實(shí)驗(yàn)結(jié)果選擇Al5083鋁合金與TC4鈦合金實(shí)驗(yàn)結(jié)果平均值。實(shí)驗(yàn)設(shè)備為液壓式萬能試驗(yàn)機(jī)，型號(hào)為WEW-600D，該萬能試驗(yàn)機(jī)最大負(fù)荷600k，精度為1，同時(shí)該萬能試驗(yàn)機(jī)具有微機(jī)屏方便在實(shí)驗(yàn)過程中觀察數(shù)據(jù)變化情況。實(shí)驗(yàn)之前實(shí)驗(yàn)人員需要做好相應(yīng)實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備，準(zhǔn)備好記錄所需筆記本電腦、安全防護(hù)等。

1.4實(shí)驗(yàn)過程

測量人員按照萬能試驗(yàn)機(jī)具體操作流程，選擇合適的夾頭將萬能試驗(yàn)機(jī)工作臺(tái)調(diào)整到適當(dāng)?shù)奈恢谩４ぷ髋_(tái)調(diào)整完畢后分別將試件準(zhǔn)確安裝到萬能試驗(yàn)機(jī)工作臺(tái)上。待試件安裝結(jié)束并檢查安裝牢固之后，實(shí)驗(yàn)人員在試驗(yàn)機(jī)顯示屏相關(guān)程序中填寫實(shí)驗(yàn)試件直徑、長度等參數(shù)。填寫完畢后實(shí)驗(yàn)操作人員手動(dòng)緩慢打開送油閥門，使拉力慢慢增加，觀察試件變化情況。

2.鋁合金及鈦合金拉伸試驗(yàn)中的特殊現(xiàn)象分析——試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1鋁合金及鈦合金拉伸試驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)人員將實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確記錄在筆記本相應(yīng)表格中，并利用Excel 2019對(duì)測試數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，數(shù)據(jù)處理上分別選取Al5083鋁合金組與TC4鈦合金組實(shí)驗(yàn)結(jié)果的均值，具體實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下表1。

2.2鋁合金及鈦合金拉伸試驗(yàn)中的特殊現(xiàn)象分析——結(jié)果分析

鋁合金及鈦合金拉伸試驗(yàn)中的特殊現(xiàn)象可以從二者相同點(diǎn)與不同點(diǎn)兩方面進(jìn)行分析。鋁合金及鈦合金都屬于塑性金屬材料，在整個(gè)金屬拉伸實(shí)驗(yàn)過程中，Al5083鋁合金與TC4鈦合金變形整體過程大致相同，具體鋁合金及鈦合金拉伸表現(xiàn)過程如下：（1）外形變化不明顯階段。在屈服強(qiáng)度之前，鋁合金及鈦合金在拉伸實(shí)驗(yàn)中整體外形無明顯變化[1]。（2）塑性形變階段。當(dāng)拉伸強(qiáng)度達(dá)到鋁合金及鈦合金屈服強(qiáng)度之后，Al5083鋁合金與TC4鈦合金試件整體形狀逐漸拉伸，當(dāng)施加在鋁合金及鈦合金試件上的荷載去除后，試件無法恢復(fù)到實(shí)驗(yàn)之前的狀態(tài)，此時(shí)施加外力停止，試件依舊會(huì)發(fā)生一定伸長現(xiàn)象，說明達(dá)到屈服強(qiáng)度之后材料已經(jīng)失去對(duì)外力抵抗能力，即金屬材料出現(xiàn)屈服。屈服階段過后，鋁合金及鈦合金在外力影響下繼續(xù)發(fā)生塑性形變，試件繼續(xù)拉伸，試件的抗力也在隨著逐漸增加，試件出現(xiàn)加工硬化現(xiàn)象。（3）縮頸及斷裂。鋁合金及鈦合金試件在外力作用下達(dá)到一定程度后出現(xiàn)縮頸現(xiàn)象，縮頸現(xiàn)象會(huì)持續(xù)一段時(shí)間，之后試件瞬間斷裂[2]。

Al5083鋁合金與TC4鈦合金機(jī)械性能存在較大差異，從上述金屬拉伸實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知TC4鈦合金在金屬機(jī)械性能方面要優(yōu)于Al5083鋁合金。（1）TC4鈦合金抗拉強(qiáng)度與硬度要高于Al5083鋁合金。通過兩者金屬拉伸實(shí)驗(yàn)可知，TC4鈦合金抗拉強(qiáng)度大于Al5083鋁合金219MPa，在硬度上大于Al5083鋁合金85HB，說明同等環(huán)境下TC4鈦合金適應(yīng)外界環(huán)境能力要更強(qiáng)。（2）TC4鈦合金屈服強(qiáng)度、伸長率、斷面收縮率、彈性模量要優(yōu)于Al5083鋁合金，在屈服強(qiáng)度上TC4鈦合金高于Al5083鋁合金233MPa，伸長率、斷面收縮率高Al5083鋁合金9%，彈性模量高于Al5083鋁合金37.5GPa。說明TC4鈦合金承壓能力要高于鋁合金，在達(dá)到鋁合金界值情況下鈦合金依舊可以保持不錯(cuò)狀態(tài)，為其廣泛利用提供了無限可能[3]。

結(jié)語

通過鋁合金及鈦合金拉伸試驗(yàn)中的特殊現(xiàn)象分析，可以得知鈦合金在機(jī)械性能方面優(yōu)于鋁合金，但其在經(jīng)濟(jì)適用性方面卻要低于鋁合金。未來鈦合金在發(fā)展過程中不得不要克服成本與技術(shù)問題，只有不斷推進(jìn)鈦合金生產(chǎn)技術(shù)提升、生產(chǎn)產(chǎn)本降低，才能進(jìn)一步助力鈦合金的全面應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1]張浩，鄭曉斐，余澤利.鈦合金拉伸試驗(yàn)控制方式和試驗(yàn)速率的探討[J].世界有色金屬，2018，509（17）：170+172.

[2]蘇麗鳳，武晶晶，翟通德.基于SVM法的Gr5鈦合金拉伸實(shí)驗(yàn)變化規(guī)律方法的研究[J].山東化工，2018，（20）：79-80.

[3]王曉晨，付雪松，陳國清.表面納米化對(duì)鈦合金與鈦鋁合金擴(kuò)散連接影響的研究[J].熱加工工藝，2019，（009）：27-30.