引伸計對鋁合金材料室溫拉伸屈服強度結(jié)果影響研究

楊 麗，韓 超，李大寬，田曉龍，李朔東，張 冰

(遼寧忠旺集團有限公司，遼寧 遼陽 111003)

鋁及鋁合金的密度只有2.71g/cm3左右，僅為鐵和銅的1/3，彈性模量是鋼的1/3，且鋁合金材料具有比強度大、抗沖擊性能好、易加工等特點[1]，因此鋁合金已成為制造航空航天飛行器機體、交通運輸車輛、高速水面艦艇的基礎(chǔ)材料，是高科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要戰(zhàn)略物資[2]。鋁合金最常見的使用形式是擠壓型材和軋制板材，力學(xué)性能是其必檢的理化試驗項目。拉伸試驗是鋁合金材料力學(xué)性能測試中最常見試驗檢測之一，試驗所得到的材料強度和塑性性能數(shù)據(jù)，對于設(shè)計和選材、新材料的研制、材料的采購和驗收、產(chǎn)品的質(zhì)量控制都有非常重要的應(yīng)用價值[3]。

鋁合金材料無明顯屈服現(xiàn)象，其屈服強度即規(guī)定塑性延伸強度在進行室溫拉伸試驗時可通過橫梁位移速率和引伸計進行應(yīng)變速率控制[4]。而依據(jù)測量原理的不同，引伸計又大致可分為機械式引伸計、電子引伸計、視頻引伸計、激光引伸計、全自動引伸計等[5]。本文使用精度為0.5級的Epsilon機械引伸計，選取常見的、具有代表性的6082-T6、6063-T6鋁合金擠壓型材和5052-O鋁合金軋制板材3種鋁合金材料進行室溫拉伸實驗，研究引伸計對鋁合金材料屈服強度測試值的影響。

1 試驗材料和方法

試驗選取常見的具有代表性的鋁合金材料，分別為12mm厚6082鋁合金擠壓型材、2.5mm厚6063鋁合金擠壓型材和5mm厚5052鋁合金軋制板材。3種材料化學(xué)成分見表1，拉伸試樣加工圖紙見圖1。

在3種鋁合金材料上切取試片，按圖1所示試樣加工圖紙各制備20支室溫拉伸試樣，采用AG-X 100kNH電子萬能拉力試驗機按表2所示方案進行室溫拉伸試驗，測試記錄屈服強度值。圖2為方法2的引伸計安裝圖。

表1 試樣化學(xué)成分(質(zhì)量分數(shù)，%)

表2 試驗方案

2 試驗結(jié)果與分析

表3為3種鋁合金材料6082-T6、6063-T6和5052-O在加裝引伸計和無引伸計兩種試驗方法下測得的屈服強度數(shù)據(jù)值。為便于比較和分析，表3中同時給出了3種鋁合金材料在不同試驗方法下屈服強度數(shù)據(jù)的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差。

表3 試驗結(jié)果

2.1 6082鋁合金屈服強度實驗結(jié)果分析

圖3為兩種試驗方式測得的6082-T6鋁合金材料屈服強度對比結(jié)果。由圖可見，方法1即加裝引伸計測得屈服強度結(jié)果幾乎均高于方法2不加裝引伸計的試驗結(jié)果。由表3可知，方法1測得的屈服強度均值為284MPa，方法2測得的屈服強度均值為280MPa，方法1測試結(jié)果略高于方法2，均值相差1.4%；方法1測試結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.23，方法2測試結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差為4.72，說明方法1測試數(shù)據(jù)的離散性較小，數(shù)據(jù)穩(wěn)定，而方法2測試數(shù)據(jù)的離散性較大，數(shù)據(jù)不穩(wěn)定。

2.2 6063鋁合金屈服強度實驗結(jié)果分析

圖4為兩種試驗方式測得的6063-T6鋁合金材料屈服強度對比結(jié)果。由圖可見，方法1即加裝引伸計測得屈服強度結(jié)果幾乎均高于方法2不加裝引伸計的試驗結(jié)果。由表3可知，方法1測得的屈服強度均值為216MPa，方法2測得的屈服強度均值為214MPa，方法1測試結(jié)果略高于方法2，均值相差0.93%，小于拉伸試驗機1%的精度要求；方法1測試結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.05，方法2測試結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差為2.02，二者數(shù)值離散性均較小且方法1小于方法2。

2.3 5052鋁合金屈服強度實驗結(jié)果分析

圖5為兩種試驗方式測得的5052-O鋁合金材料屈服強度對比結(jié)果。由圖可見，方法1即加裝引伸計測得屈服強度結(jié)果幾乎均高于方法2不加裝引伸計的試驗結(jié)果。由表3可知，方法1測得的屈服強度均值為166MPa，方法2測得的屈服強度均值為160MPa，方法1測試結(jié)果明顯高于方法2，均值相差3.6%，遠高于拉伸試驗機1%的精度要求；同樣可以看出，方法1測試結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.94，方法2測試結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差為2.92，說明方法1測試數(shù)據(jù)的離散性較小，數(shù)據(jù)穩(wěn)定，方法2測試數(shù)據(jù)的離散性大，不穩(wěn)定。

2.4 原理分析

圖6分別為3種鋁合金材料6082-T6、6063-T6和5052-O在加裝引伸計和無引伸計兩種試驗方法下的拉伸試驗曲線。

綜合試驗結(jié)果及拉伸曲線可知，加裝引伸計(方法1)測得的位移數(shù)據(jù)由引伸計進行采集記錄反饋，曲線能夠真實反應(yīng)引伸計標(biāo)距(50mm)內(nèi)試樣的軸向變形情況，能夠較全面的反應(yīng)材料的力學(xué)性能。未加裝引伸計(方法2)測得的位移數(shù)據(jù)由儀器本身位移傳感器采集記錄反饋，位移曲線包含試樣平行長度(75mm)的變形及試驗裝置(機架、力傳感器、夾具等)的變形。但在進行屈服強度計算時試驗軟件以試樣原始標(biāo)距長度(50mm)作為規(guī)定塑性延伸長度的位移計算標(biāo)距，即在試驗曲線上平移試樣原始標(biāo)距(50mm)的0.2%距離做平行線，此平行線與曲線交點對應(yīng)的應(yīng)力即為屈服強度。此種方法忽略了(Lc-L0)部分及試驗裝置(機架、力傳感器、夾具等)的變形量，增加了誤差，導(dǎo)致測試結(jié)果低于加裝引伸計(方法1)的測試結(jié)果。因此，加裝引伸計(方法1)測得的鋁合金材料屈服強度結(jié)果比較準(zhǔn)確。

3 結(jié)論

采用加裝引伸計方法測得的3種鋁合金材料6082-T6、6063-T6和5052-O的屈服強度較不加裝引伸計方法的測試結(jié)果數(shù)據(jù)離散性小，數(shù)據(jù)穩(wěn)定；加裝引伸計方法屈服強度測試結(jié)果高于不加裝引伸計方法的測試結(jié)果，這是由未加裝引伸計方法的試驗機計算規(guī)定塑性延伸強度時存在誤差引起的；加裝引伸計(方法1)測得的鋁合金材料屈服強度結(jié)果比較準(zhǔn)確。