金屬材料拉伸測(cè)試的影響因素及實(shí)際應(yīng)用

摘要：本文通過標(biāo)準(zhǔn) GB/T228.1-2010 和實(shí)際檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)，分析金屬材料拉伸測(cè)試對(duì)結(jié)果 性能有影響的因素，以及這些因素的產(chǎn)生原因、影響影響性能的程度，并根據(jù)實(shí)際應(yīng) 用探討相應(yīng)的降低影響因素的控制方法。 關(guān)鍵詞：金屬材料；標(biāo)準(zhǔn)；拉伸；影響因素；控制要求

金屬材料拉伸測(cè)試的影響因素及實(shí)際應(yīng)用

金屬材料拉伸試驗(yàn)是應(yīng)用最廣泛的檢測(cè)和評(píng)定金屬材料產(chǎn)品質(zhì)量的手段。拉伸性 能檢測(cè)的主要參數(shù)是金屬材料各項(xiàng)強(qiáng)度指標(biāo)和塑性性能，對(duì)金屬材料的研發(fā)和實(shí)際使 用具有重要意義。影響拉伸檢測(cè)結(jié)果的因素很多，如拉伸速率、試樣加工、試驗(yàn)設(shè)備、 引伸計(jì)裝夾和標(biāo)定、樣品夾持方式、測(cè)試環(huán)境溫度以及人員等。

本文結(jié)合標(biāo)準(zhǔn) 《GB/T228.1-2010》要求和實(shí)際應(yīng)用，對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響因素加以控制。 1 拉伸速率的影響及控制要求 

1.1 拉伸速率的影響 拉伸速率對(duì)材料強(qiáng)度及塑性根據(jù)材料種類不同,影響也不同，且對(duì)拉伸的曲線形貌 亦有影響。拉伸試驗(yàn)彈性階段的變形量小，而加載力增加較快，此時(shí)橫梁位移控制容 易造成整個(gè)彈性階段很快被沖過。導(dǎo)致屈服測(cè)量不準(zhǔn)確，或屈服結(jié)果偏高的結(jié)果。在 實(shí)際測(cè)試中，金屬材料拉伸速率增加，金屬材料的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度的測(cè)試結(jié)果均 會(huì)相應(yīng)的增加，斷后伸長(zhǎng)率會(huì)相應(yīng)的減小。而測(cè)量奧氏體不銹鋼這類對(duì)拉伸速率極為 敏感的不銹鋼材料時(shí)，速率的影響將會(huì)尤為明顯，速率降低會(huì)顯著增加斷后伸長(zhǎng)率數(shù) 值。

1.2 拉伸速率的控制要求 實(shí)際檢測(cè)中為了避免拉伸速率對(duì)拉伸性能結(jié)果產(chǎn)生較大影響，可根據(jù)標(biāo)準(zhǔn) GB/T228.1-2010 要求優(yōu)先采用 A 法應(yīng)變控制，此法是為了減小測(cè)定應(yīng)變速率敏感參數(shù)時(shí)的試驗(yàn)速率變化和試驗(yàn)結(jié)果的測(cè)量不確定度。測(cè)量彈性階段至屈服應(yīng)為引伸計(jì)應(yīng)變 控制，應(yīng)變速率eLe 推薦 0.00025/s，屈服階段應(yīng)為橫梁位移應(yīng)變控制，應(yīng)變速率eLc 推 薦 0.00025/s，屈服階段之后應(yīng)為橫梁位移應(yīng)變控制，應(yīng)變速率eLc 推薦 0.0067/s。對(duì) 于標(biāo)準(zhǔn)尺寸的拉伸棒 R4 試樣，測(cè)試換算速率基本等同國際標(biāo)準(zhǔn)和美標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)。

 2 試樣加工的影響及控制要求

 2.1 試樣加工的影響 試樣的準(zhǔn)確加工是獲得可信實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的前提，實(shí)際工作中，加工樣品的取樣方向、 形狀、尺寸、加工精度和方法等都對(duì)測(cè)試結(jié)果有影響。受材料成型方法影響，材料的 取樣方向?qū)斓膹?qiáng)度和斷后伸長(zhǎng)率也有一定影響，如 Q345 低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼，橫 向拉伸強(qiáng)度比縱向拉伸強(qiáng)度高，但斷后延伸率比縱向略低。大量測(cè)試表明，形狀公差 對(duì)圓棒樣品的抗拉強(qiáng)度和斷后伸長(zhǎng)率有明顯的影響，公差越大，抗拉強(qiáng)度和斷后伸長(zhǎng) 率越小；尺寸公差偏大，斷后伸長(zhǎng)率偏大，尺寸公差偏小，斷后伸長(zhǎng)率亦偏小；樣品 粗糙度越大，抗拉強(qiáng)度越小；過渡弧小于 0.75 倍直徑時(shí)，上屈服強(qiáng)度隨著過渡弧增大 而增大。可見，樣品的加工對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)有一定影響。

 2.2 樣品加工的控制要求 為了減小樣品加工對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的影響，實(shí)際工作中，我們應(yīng)當(dāng)依據(jù)相關(guān)產(chǎn)品規(guī)范及 測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的要求進(jìn)行制樣，嚴(yán)格控制樣品的加工精度，如形狀公差、尺寸公差，同時(shí) 應(yīng)對(duì)樣品的加工方法進(jìn)行合理的選取，如受熱易變形易硬化的薄材料應(yīng)優(yōu)先選擇發(fā)熱 量低的線切割。樣品制備過程中應(yīng)使過渡圓銜接處平滑，加工不應(yīng)留有刀痕，進(jìn)刀量 不可太大等。 

3 試驗(yàn)設(shè)備的影響及控制要求 

3.1 試驗(yàn)設(shè)備的影響 設(shè)備精度、測(cè)量范圍、同軸度、夾持不合理對(duì)測(cè)試結(jié)果均有影響。精度不夠，會(huì)造 成測(cè)試結(jié)果誤差變大，測(cè)量范圍不合理，可能造成測(cè)試結(jié)果失真，試樣軸線與夾頭軸 線由偏離，會(huì)使使用受附加應(yīng)力影響測(cè)試結(jié)果。樣品夾偏、彎曲、不平等均會(huì)引起不 同軸而影響測(cè)試結(jié)果。 

3.2 測(cè)試設(shè)備的要求 為了保證測(cè)試結(jié)果數(shù)據(jù)的穩(wěn)定、可靠，測(cè)試設(shè)備必須經(jīng)過符合資質(zhì)要求的校準(zhǔn) 單位進(jìn)行鑒定、校準(zhǔn)，保證設(shè)備的精度滿足測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)的要求。同時(shí)，正確使用設(shè)備及 夾持工裝才能保證獲取的數(shù)據(jù)結(jié)果真實(shí)有效。

 4 引伸計(jì)裝夾、標(biāo)定的影響及控制要求 

4.1 引伸計(jì)的影響 引伸計(jì)是拉伸試驗(yàn)中一個(gè)重要的附件，用于測(cè)量變形量小的參數(shù)，是測(cè)量非比例延 伸強(qiáng)度、彈性模量等的必備設(shè)備。引伸計(jì)的精度、選取量程、裝夾、安裝和取下方法 也會(huì)影響測(cè)試結(jié)果。

 4.2 引伸計(jì)的控制要求 - 58 -引伸計(jì)使用前應(yīng)先配備在相應(yīng)設(shè)備上再進(jìn)行校正，符合要求精度才可以使用。測(cè)試 時(shí)應(yīng)根據(jù)樣品尺寸選擇合適量程的引伸計(jì)，確保引伸計(jì)標(biāo)距的測(cè)量范圍覆蓋樣品平行 段長(zhǎng)度的 0.85 左右。實(shí)際使用過程中，引伸計(jì)應(yīng)輕拿輕放，避免引伸計(jì)內(nèi)部應(yīng)變片受 損。安裝時(shí)，應(yīng)先把標(biāo)距桿墊片卡在力臂和標(biāo)距桿之間，并壓緊力臂，然后在把引伸 計(jì)的標(biāo)距刀刃垂直接觸試樣中心，用橡皮筋綁在樣品上，固定好之后取出標(biāo)距墊片， 最后才開始測(cè)試。到達(dá)規(guī)定取下階段后取下引伸計(jì)，特別是測(cè)量脆性試樣時(shí)，應(yīng)選擇 合理的摘取點(diǎn)，盡量避免樣品提前斷裂對(duì)引伸計(jì)造成震蕩損傷。 

5 樣品夾持方式的影響即可控制要求 

5.1 夾持具的影響 夾持具選擇不合理時(shí)會(huì)影響測(cè)試結(jié)果，夾持具與試樣形狀不匹配和夾具表面外型花 紋形狀不適合，會(huì)造成夾具和試樣間的接觸面積不足，靜摩擦力不夠，從而導(dǎo)致拉伸 時(shí)樣品在夾具內(nèi)打滑，影響測(cè)試數(shù)據(jù)。樣品夾持時(shí)傾斜，軸線不與夾持具軸線平行， 容易造成向上的分解力，影響測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確性，當(dāng)樣品較薄或各項(xiàng)異性較大時(shí)，會(huì)造 成樣品的提前斷裂，測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確性得不到保證。 

5.2 夾持具的選擇和裝夾要求 實(shí)驗(yàn)室應(yīng)選擇合適的夾具，對(duì)有特殊需要的試樣應(yīng)配置特殊夾持具。圓形試樣應(yīng)夾 持在 V 型夾具的中間，板狀試樣應(yīng)垂直于夾具，保證試樣軸線與夾具軸線平行，弧形 試樣應(yīng)在內(nèi)弧添加相應(yīng)弧度的墊塊保證足夠的接觸面，同時(shí)確保樣品不應(yīng)夾持提前變 形。

6 環(huán)境溫度及人員的影響和控制要求

 6.1 環(huán)境溫度及人員的影響 溫度對(duì)金屬材料影響較大，相同的材料在不同的溫度環(huán)境下，其拉伸性能結(jié)果會(huì)有 所差別，故而保證溫度的合理、穩(wěn)定是有必要的。同時(shí)，作為測(cè)試的主體人員，由于 主觀和操作上的不同，也會(huì)給測(cè)試結(jié)果帶來誤差，尤其是樣品表面形狀不規(guī)則、測(cè)量 困難的樣品，容易造成結(jié)果數(shù)據(jù)的不穩(wěn)定。

 6.2 環(huán)境及人員的控制要求 依據(jù)標(biāo)準(zhǔn) GB/T228.1-2010 要求，一般室溫需控制在 10℃~35℃范圍內(nèi)，溫度有嚴(yán) 格要求的應(yīng)控制溫度在 25℃±5℃。為了避免人員不同造成結(jié)果的不穩(wěn)定，應(yīng)當(dāng)依據(jù) 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范制定符合要求的操作規(guī)程和作業(yè)指導(dǎo)書。

 7 結(jié)論影響金屬材料拉伸測(cè)試性能結(jié)果的因素有很多，拉伸速率、樣品加工、測(cè)試設(shè)備、 引伸計(jì)、夾具、環(huán)境溫度及人員等均會(huì)對(duì)測(cè)試結(jié)果造成影響。針對(duì)影響因素，我們?cè)?實(shí)際檢測(cè)活動(dòng)中，應(yīng)制定正確的測(cè)試設(shè)備操作規(guī)定，嚴(yán)格控制測(cè)試活動(dòng)過程，對(duì)于影 響測(cè)試結(jié)果的環(huán)節(jié)嚴(yán)加把關(guān)，并制定符合標(biāo)準(zhǔn)要求的指導(dǎo)文件進(jìn)行規(guī)范，以獲得準(zhǔn)確、 可靠的測(cè)試數(shù)據(jù)。

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