加工對(duì)金屬材料拉伸性能的影響分析

仝旭豪

（商洛學(xué)院，陜西 商洛 726000）

正是由于金屬材料在現(xiàn)代工業(yè)化當(dāng)中的廣泛運(yùn)用，為了能夠進(jìn)一步提高我國(guó)現(xiàn)代工業(yè)化的質(zhì)量，滿足人們的需求，我們對(duì)于金屬材料的要求也就越來越嚴(yán)苛。進(jìn)行加工制造時(shí)對(duì)金屬材料的一些性能也會(huì)越來越看重，金屬材料的拉伸性能作為檢驗(yàn)金屬材料是否符合規(guī)定的重要指標(biāo)之一，也就成為了不少企業(yè)在加工制造金屬材料、判定金屬材料性能優(yōu)越的重要依據(jù)[1]。

1 金屬材料有哪些性能

在我們對(duì)金屬材料進(jìn)行運(yùn)用時(shí)，由于運(yùn)用領(lǐng)域的不同，我們所需要的金屬材料的性能也就不同。一般來說，金屬材料主要具有力學(xué)性能，物理性能，化學(xué)性能，工藝性能等幾個(gè)方面。金屬材料在力的作用下主要可以表現(xiàn)便是金屬材料的力學(xué)性能，力學(xué)性能對(duì)金屬材料的使用性能和工藝性能有著非常重要的影響。其中主要的力學(xué)性能有強(qiáng)度，塑性，硬度韌性，強(qiáng)度等。其物理性能主要是金屬材料的密度，熔點(diǎn)，導(dǎo)熱性，導(dǎo)電性，磁性等等。這一些物理性能的不同也就影響著金屬材料的用途。在進(jìn)行廚具用品制造時(shí)，廠家一般注重的是金屬材料的導(dǎo)熱型；在進(jìn)行飛機(jī)零件制造的是為了確保飛機(jī)的安全性，主要強(qiáng)調(diào)的是金屬材料的密度、硬度等等；在進(jìn)行電視機(jī)，電腦等電器零件設(shè)計(jì)時(shí)，主要考慮的是金屬材料的導(dǎo)電性。金屬材料的化學(xué)性主要說的是金屬材料的耐酸性、耐堿性和抗氧化性。也就是說金屬材料在高溫或者常溫之下抵抗各種介質(zhì)侵蝕的能力，它的化學(xué)性能在生活當(dāng)中也得到了廣泛的重視。例如：人們都希望所設(shè)計(jì)制造的器材能夠在高溫下保持著穩(wěn)定的工作，也能夠耐腐蝕保持著光澤，所以在進(jìn)行零件設(shè)計(jì)時(shí)，廠家特別注重金屬材料的化學(xué)穩(wěn)定性。尤其是在化工設(shè)備和醫(yī)療用具方面，對(duì)于金屬材料抵抗各種侵蝕能力十分的重視。如果金屬材料的化學(xué)屬性太過于活潑，就容易發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致金屬材料的腐蝕，而金屬材料一旦腐蝕就會(huì)有感染的可能，所以在進(jìn)行醫(yī)療用具制造時(shí)，主要采取的是化學(xué)穩(wěn)定性較好的不銹鋼用來制造。金屬材料的工藝性能是指金屬材料在物理化學(xué)性能和力學(xué)性能加工過程當(dāng)中的綜合反應(yīng)。通過加工我們可以對(duì)金屬材料進(jìn)行一定程度的理解，以此來判斷該種金屬材料是否能夠進(jìn)行冷熱加工，或者能否按照傳統(tǒng)工藝方法進(jìn)行鍛造，鑄造以及焊接等等。這一屬性也影響著加工過程當(dāng)中金屬材料的拉伸性能[2，3]。

2 金屬的拉伸試驗(yàn)

金屬的拉伸試驗(yàn)是對(duì)金屬材料進(jìn)行了解過程中，不可避免需要進(jìn)行的一個(gè)檢測(cè)。這一個(gè)檢測(cè)能夠測(cè)定金屬材料一系列的強(qiáng)度指標(biāo)和塑性指標(biāo)，能夠讓我們通過這一實(shí)驗(yàn)確定金屬材料的彈性極限、伸長(zhǎng)率比例，直線面積、縮減量，拉伸強(qiáng)度，屈服強(qiáng)度和其他的拉伸性質(zhì)量。當(dāng)我們得知的金屬材料的這些限度時(shí)，能夠更好的利用金屬材料的這些數(shù)據(jù)進(jìn)行用途的分析。能夠具有針對(duì)性對(duì)金屬材料進(jìn)行運(yùn)用。

進(jìn)行拉伸試驗(yàn)時(shí)，我們首先需要準(zhǔn)備試件，也就是說要準(zhǔn)備進(jìn)行發(fā)生試驗(yàn)的材料。例如我們?cè)谧龅吞间摾煸囼?yàn)時(shí)，我們就必須截取一段低碳鋼來作為準(zhǔn)備的材料。之后為了測(cè)量低碳鋼的外部數(shù)據(jù)，我們需要將其置身于原始標(biāo)尺的范圍內(nèi)，以此來得到低碳鋼的長(zhǎng)度、寬度等數(shù)據(jù)。為了得到其原始截面面積，我們需要用游標(biāo)卡尺在試樣原始標(biāo)距內(nèi)的兩端及中間處兩個(gè)相互垂直的方向上各測(cè)一次直徑。為了確保實(shí)驗(yàn)的公正性，我們將要截取這一些直接數(shù)值的平均值，通過截取三處截面直徑的最小值來進(jìn)行低碳鋼的原始截面面積。接著我們需要調(diào)整試驗(yàn)機(jī)。根據(jù)低碳鋼的抗拉強(qiáng)度和原始橫截面面積來估計(jì)低碳鋼的最大載荷值，通過確定其最大的載荷來配置相應(yīng)的擺錘。然后來選擇合適的測(cè)量?jī)x器。準(zhǔn)備工作做好之后，我們便可以開動(dòng)試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行繪圖。通過繪圖來捕捉低碳鋼最大屈服荷載值。這樣就能夠比較準(zhǔn)確的對(duì)低碳鋼的拉伸性能進(jìn)行判斷。

由于發(fā)生試驗(yàn)的便于操作性以及拉伸試驗(yàn)，對(duì)于之后金屬材料運(yùn)用有著極大的作用，所以拉伸試驗(yàn)廣泛的運(yùn)用到機(jī)器制造領(lǐng)域，尤其是計(jì)量檢測(cè)方面更為突出。

3 加工對(duì)金屬材料拉伸性能的影響

進(jìn)行金屬材料拉伸試驗(yàn)過程中，有經(jīng)驗(yàn)的人就會(huì)發(fā)現(xiàn)要想得到正確的金屬材料數(shù)據(jù)，就必須在進(jìn)行拉伸試驗(yàn)時(shí)采取一系列的操作，考慮多種因素。在進(jìn)行拉伸試驗(yàn)時(shí)哪些因素會(huì)影響金屬的拉伸技能。通過多年的實(shí)踐研究，我們可以發(fā)現(xiàn)在進(jìn)行金屬材料拉伸實(shí)驗(yàn)時(shí)，影響金屬材料拉伸性人的因素主要有以下幾個(gè)方面。這也是加工過程中影響金屬材料拉伸性能的重要影響因素。

3.1 取樣制作對(duì)金屬材料拉伸性能的影響

由于一些金屬材料的體積關(guān)系，我們無法對(duì)整個(gè)金屬材料進(jìn)行加工，所以我們只能夠通過截取一部分的金屬材料進(jìn)行加工。在進(jìn)行試樣切取時(shí)，常常會(huì)因?yàn)樵嚇拥氖軣嶙冃巍⒓庸び不仍蚨绊懺摻饘俨牧系牧W(xué)性能。這常常影響加工的效果。對(duì)于化學(xué)性能比較活潑的金屬材料來講，在進(jìn)行試樣切取時(shí)，由于接觸到空氣的面積加大，很容易進(jìn)行氧化。由于氧化的出現(xiàn)很容易對(duì)之后實(shí)驗(yàn)結(jié)果的獲得產(chǎn)生影響。不僅如此，通過多年的實(shí)踐，我們發(fā)現(xiàn)試樣的形狀尺寸，加工精度和方法對(duì)于金屬材料的拉伸性能都有一定的影響。在進(jìn)行加工時(shí)，如果板材和管材的試樣是平板或者圓管弧板帶肩試樣，我們更要注重形狀對(duì)于測(cè)試數(shù)據(jù)的影響。進(jìn)行測(cè)試時(shí)，這兩種形狀的試樣可能會(huì)在拉伸時(shí)產(chǎn)生曲線異常的現(xiàn)象。

3.2 測(cè)試儀器和設(shè)備的影響

我們對(duì)金屬材料進(jìn)行拉伸實(shí)驗(yàn)時(shí)，為了更好的測(cè)量其他的數(shù)據(jù)，常常會(huì)對(duì)金屬材料進(jìn)行尺寸測(cè)量。之前這一種測(cè)量主要是有人工執(zhí)行，通過實(shí)踐時(shí)我們發(fā)現(xiàn)人工進(jìn)行測(cè)量很容易影響其測(cè)量結(jié)果，于是我們開始尺寸測(cè)量?jī)x器進(jìn)行測(cè)量?？墒请m然如此，但為了保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性在進(jìn)行尺寸測(cè)量?jī)x器進(jìn)行測(cè)量時(shí)，我們必須在進(jìn)行測(cè)量前保證測(cè)量?jī)x器以及設(shè)備的運(yùn)行狀況和準(zhǔn)確度。只有這樣才能夠達(dá)到我們測(cè)量的要求。在對(duì)金屬材料進(jìn)行截面尺寸獲得時(shí)，測(cè)量?jī)x器的分辨率顯得尤為重要。所以再利用量具和儀器時(shí)，我們必須根據(jù)國(guó)家相關(guān)部門的標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過檢測(cè)部門的檢測(cè)之后方能使用。

3.3 溫度會(huì)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響

對(duì)于化學(xué)穩(wěn)定性較強(qiáng)、熔點(diǎn)較高的金屬材料來講，試驗(yàn)的溫度對(duì)于其影響作用并不大。這一種金屬材料隨著溫度的不斷升高，其測(cè)量強(qiáng)度的指標(biāo)則會(huì)出現(xiàn)下降。所以在這種情況之下，溫度對(duì)其所造成影響直接可以忽略不計(jì)，但對(duì)于那一些精巧的、高精度的特殊材料來講，就必須考慮到溫度對(duì)其的影響。最為常見的一個(gè)例子便是手表，我們可以知道同一款手表可能因?yàn)闇囟鹊牟煌霈F(xiàn)時(shí)間快慢不同的現(xiàn)象。當(dāng)我們把手表放在赤道地區(qū)時(shí)，赤道地區(qū)一年之內(nèi)能夠接受到太陽(yáng)的兩次直射，整個(gè)地區(qū)的溫度相較于其他地區(qū)來講比較高。所以在這一地區(qū)佩戴手表時(shí)，將會(huì)出現(xiàn)手表時(shí)間快速運(yùn)轉(zhuǎn)的情況。而當(dāng)我們把手表放在南北極地地區(qū)時(shí)。由于極地地區(qū)無法接受太陽(yáng)的直射，常年處于低溫狀態(tài)。所以在這種情況之下，手表的時(shí)間似乎也被極地的寒冷，變得緩慢。由于這種差異，常常會(huì)影響一些人的日常生活。所以為了確保手表時(shí)間的準(zhǔn)確性，我們必須在進(jìn)行手表鍛造時(shí)對(duì)金屬材料進(jìn)行分析，讓那些較小程度受到溫度影響的金屬材料運(yùn)用到手表制造當(dāng)中。

3.4 人為因素對(duì)拉伸事業(yè)的影響

在進(jìn)行一個(gè)試驗(yàn)時(shí)，我們最不能忽略的便是人為因素。無論我們?cè)诩庸み^程中利用了多么自動(dòng)化以及高精密的儀器，我們必須想到這一種儀器始終是由人類啟動(dòng)的，而人不可避免的會(huì)犯錯(cuò)。所以在進(jìn)行加工時(shí)，我們必須盡可能的減少犯錯(cuò)的機(jī)率，尤其是在進(jìn)行以人為主導(dǎo)的加工制造時(shí)，我們更要注重人為因素對(duì)于試驗(yàn)結(jié)果的影響。眾所周知，在進(jìn)行金屬加工制造時(shí)，一些情況的試樣截取和選擇常常是由工作人員決定的；在進(jìn)行金屬材料的測(cè)量和數(shù)據(jù)查看時(shí)也主要以人為主。而這些情況和數(shù)據(jù)的查看常常會(huì)由于一些人的粗心大意而出現(xiàn)看漏看錯(cuò)的情況，對(duì)測(cè)量結(jié)果造成一定的誤差。

3.5 拉伸速度對(duì)金屬材料的拉伸性能有影響

我們可以發(fā)現(xiàn)加工過程中對(duì)于金屬材料的拉伸速度也會(huì)影響金屬材料的拉伸性能、對(duì)于拉伸曲線的形貌也有著影響。當(dāng)我們對(duì)板狀的試樣進(jìn)行拉伸時(shí)，常常會(huì)出現(xiàn)拉伸曲線不是先沿著彈性曲線向上大道上屈服點(diǎn)，然后再向下進(jìn)行屈服的過程，而是出現(xiàn)了試樣在沿著彈性直線向上到達(dá)下屈服點(diǎn)時(shí)，曲線先向左、向上、再向右、向下畫圈，最后進(jìn)入屈服流動(dòng)過程的現(xiàn)象。而這一種現(xiàn)象的出現(xiàn)就無法在試樣的彈性狀態(tài)內(nèi)進(jìn)行加工制造的高度完成。

4 解決措施

要想得到正確的金屬材料發(fā)生試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果，要想得到完美的加工效果。我們必須對(duì)以上影響金屬材料拉伸性能的因素進(jìn)行具有針對(duì)性的原因分析。這一原因分析制定相關(guān)的規(guī)程，嚴(yán)格控制加工操作過程。

4.1 制定樣品要求

首先我們應(yīng)當(dāng)根據(jù)規(guī)定進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)樣品的制備，嚴(yán)格按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)樣品的取材、形狀、尺寸進(jìn)行統(tǒng)一的處理。同時(shí)在樣品制備時(shí)，我們還應(yīng)當(dāng)避免金屬材料由于加工過快，冷卻不到受熱受擠壓而造成的金屬變形。在進(jìn)行樣品切割時(shí)，要留出足夠的加工余量，這樣可以在進(jìn)行加工時(shí)去除受熱或者硬化的部分，避免影響性能的測(cè)評(píng)。進(jìn)行加工制造時(shí)，應(yīng)當(dāng)充分考慮不同金屬材料的質(zhì)地及強(qiáng)度指標(biāo)，通過充分考慮材料質(zhì)地的不均勻性和強(qiáng)度指標(biāo)的差異性，減少影響。為了得到更好的加工效果，能夠進(jìn)行相互的比較，獲得準(zhǔn)確可靠的數(shù)據(jù)，我們應(yīng)當(dāng)制備多個(gè)試樣，得出正確的金屬材料的性能指標(biāo)，然后根據(jù)得出的性能指標(biāo)進(jìn)行綜合性的評(píng)價(jià)。

4.2 控制拉伸速度

在加工制造時(shí)我們發(fā)現(xiàn)速度對(duì)于金屬材料的拉伸性能也有點(diǎn)影響。所以在進(jìn)行拉伸時(shí)，我們應(yīng)當(dāng)盡量保證拉伸的效果，在金屬材料的承載范圍之內(nèi)進(jìn)行加工，不讓金屬材料由于形變而失去彈性。故而在進(jìn)行測(cè)量時(shí)，我們應(yīng)當(dāng)選擇應(yīng)力速率控制或者負(fù)荷控制，進(jìn)行高度重視與關(guān)注實(shí)驗(yàn)速度的控制之后，為了能夠進(jìn)一步的展開之后的工作，工作人員還必須依照材料的特性進(jìn)行試驗(yàn)速率的記錄，科學(xué)而有效的進(jìn)行試驗(yàn)結(jié)果都分析。

4.3 嚴(yán)格檢查儀器設(shè)備

進(jìn)行加工之前，我們必須嚴(yán)格的進(jìn)行儀器設(shè)備的檢查。這是工作人員的首要工作。通過檢查儀器設(shè)備的運(yùn)行狀況以及量程與精度，使儀器設(shè)備能夠達(dá)既定的實(shí)驗(yàn)要求，減少因?yàn)閷?shí)驗(yàn)受量程或者精度不夠的情況下所造成的實(shí)驗(yàn)誤差。在進(jìn)行儀器設(shè)備檢查之后，工作人員還必須準(zhǔn)確的掌握儀器設(shè)備的使用頻率，定期的對(duì)相關(guān)儀器或者設(shè)備進(jìn)行維護(hù)與保養(yǎng)，減少由于儀器或設(shè)備老化的情況而產(chǎn)生的工作性能降低。

5 結(jié)語(yǔ)

在進(jìn)行試樣加工時(shí)我們可以發(fā)現(xiàn)在這一過程當(dāng)中，影響金屬材料發(fā)生性能的因素是多方面的。就金屬本身而言，金屬材料試樣的大小、形狀、尺寸、表面的粗糙程度以及取樣的方式都可能對(duì)拉伸性能產(chǎn)生不同程度的影響。獨(dú)立于金屬之外的因素，例如溫度、拉伸速度也會(huì)對(duì)金屬的拉伸性能產(chǎn)生影響。如果想要讓金屬的拉伸性能較小程度的受到影響的話，在進(jìn)行加工時(shí)，我們就得采取相應(yīng)的制備方法進(jìn)行制樣，盡可能的避免式樣由于溫度、尺寸、形狀、拉伸速度而造成試驗(yàn)結(jié)果的影響。