秦珍容

摘 要 金屬材料的屈服強(qiáng)度是體現(xiàn)金屬材料力學(xué)性能、衡量材料承載能力的重要指標(biāo)。通過實(shí)驗(yàn)，準(zhǔn)確的掌握金屬材料的屈服點(diǎn)和屈服強(qiáng)度，也是強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)性工作。本文圍繞金屬材料屈服強(qiáng)度測(cè)試問題，通過拉伸實(shí)驗(yàn)方法，分析了不同測(cè)試條件對(duì)金屬材料的屈服強(qiáng)度測(cè)試的影響。

關(guān)鍵詞 拉伸實(shí)驗(yàn) 屈服強(qiáng)度 實(shí)驗(yàn)方法

1實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)理論

1.1金屬屈服強(qiáng)度

金屬強(qiáng)度指金屬材料抵抗外力破壞作用的最大能力。在作用力的過程中，金屬材料開始發(fā)生明顯塑性變形時(shí)的最低應(yīng)力值，就是金屬的屈服強(qiáng)度，是金屬材料發(fā)生屈服現(xiàn)象時(shí)的屈服極限。

1.2拉伸實(shí)驗(yàn)

拉伸試驗(yàn)是工程上應(yīng)用最廣泛的機(jī)械性能試驗(yàn)方法之一，由拉伸試驗(yàn)得出的力學(xué)性能指標(biāo)是材料驗(yàn)收及工藝設(shè)計(jì)的重要參數(shù)。拉伸試驗(yàn)測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確度與測(cè)量方法和測(cè)量裝置有著密切關(guān)系。

2金屬材料屈服強(qiáng)度拉伸測(cè)試

根據(jù)拉伸實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)，采用電子萬能試驗(yàn)機(jī)對(duì)于金屬材料試樣進(jìn)行測(cè)試。

2.1金屬材料屈服強(qiáng)度拉伸測(cè)試階段

金屬材料屈服強(qiáng)度拉伸測(cè)試中，按照應(yīng)力的變化可以為8個(gè)階段。分別是彈性變形階段、滯彈性階段、微塑性應(yīng)變階段、屈服階段、塑性硬化階段、發(fā)聲形變點(diǎn)階段、縮頸變形階段、完全斷裂階段。其中，屈服點(diǎn)出現(xiàn)了屈服階段和塑性硬化階段之間。

2.2金屬材料屈服強(qiáng)度拉伸測(cè)試控制方式

拉伸方式是金屬材料屈服強(qiáng)度拉伸測(cè)試的基礎(chǔ)，不同的拉伸方式會(huì)對(duì)測(cè)試的效果產(chǎn)生明顯的影響。筆者在實(shí)驗(yàn)中，主要通過控制試驗(yàn)機(jī)橫梁移動(dòng)的速度，來實(shí)現(xiàn)應(yīng)力速率控制和應(yīng)變速率控制的目的。如果將實(shí)驗(yàn)力位移曲線和橫梁移動(dòng)速度位移曲線進(jìn)行對(duì)比分析，就可以明顯的觀察到在拉伸不同階段，橫梁速度的變化。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)拉伸實(shí)驗(yàn)進(jìn)行到彈性變形階段的時(shí)候，橫梁的速度是很平穩(wěn)的。當(dāng)處于屈服階段的時(shí)候，橫梁的移速會(huì)逐漸增大。

2.3金屬材料屈服強(qiáng)度拉伸測(cè)試速率

按照拉伸實(shí)驗(yàn)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)試材料屈服強(qiáng)度的時(shí)候，試樣屈服期間的應(yīng)變速率應(yīng)該盡量保持恒定狀態(tài)，處于0.00025/s-0.0025/s之間。如果實(shí)驗(yàn)的速率超出這一范圍，將直接影響到屈服強(qiáng)度測(cè)試的結(jié)果。以低碳鋼的測(cè)試為例，在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)拉伸應(yīng)變速率在0.0042/s的時(shí)候，其屈服強(qiáng)表現(xiàn)為308.60MPa，當(dāng)拉伸應(yīng)變速率在0.0021/s的時(shí)候，其屈服強(qiáng)表現(xiàn)為294.860MPa，當(dāng)拉伸應(yīng)變速率在0.00021/s的時(shí)候，其屈服強(qiáng)表現(xiàn)為380.54MPa，三組測(cè)試數(shù)據(jù)之間的差別較大。

2.4金屬材料屈服強(qiáng)度拉伸測(cè)試屈服點(diǎn)

確定試樣的屈服點(diǎn)，是金屬材料屈服強(qiáng)度拉伸測(cè)試的核心內(nèi)容，主要是通過測(cè)試確定試樣的上、下屈服點(diǎn)。上屈服強(qiáng)度是試樣因發(fā)生屈服應(yīng)力首次下降前的最高應(yīng)力，下屈服強(qiáng)度是在屈服期間不計(jì)初始瞬時(shí)效應(yīng)時(shí)的最低應(yīng)力。在實(shí)驗(yàn)中的判斷，當(dāng)試樣屈服前的第一個(gè)峰值應(yīng)力即為上屈服強(qiáng)度，試樣屈服階段中，所有谷值中最小的一個(gè)即為下屈服值。實(shí)驗(yàn)中，筆者繪制了上屈服點(diǎn)和下屈服點(diǎn)的波動(dòng)曲線（如圖1所示），從曲線中可以明確的分辨出上屈服點(diǎn)和下屈服點(diǎn)的特性，其中FeH為上屈服點(diǎn)，F(xiàn)eL為下屈服點(diǎn)。

2.5金屬材料屈服強(qiáng)度拉伸測(cè)試?yán)鞈?yīng)力變化

在實(shí)驗(yàn)中，每個(gè)實(shí)驗(yàn)組的拉伸應(yīng)力平均值與屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度均呈現(xiàn)出不同的變化（如圖2所示）。如果將拉伸應(yīng)力速度從25MPas-1增大到70MPas-1的話，金屬材料抗拉強(qiáng)度曲線會(huì)逐漸提升，屈服強(qiáng)度的曲線也會(huì)隨之變大。

3金屬材料屈服強(qiáng)度拉伸測(cè)試注意事項(xiàng)

在拉伸實(shí)驗(yàn)過程中，由于拉伸速度、金屬的材料，以及測(cè)量?jī)x器等因素的影響，會(huì)導(dǎo)致屈服強(qiáng)度測(cè)試的不準(zhǔn)確。因此，在進(jìn)行金屬材料屈服強(qiáng)度拉伸測(cè)試過程中，必須注意以下兩個(gè)方面事項(xiàng)：

3.1精準(zhǔn)控制拉伸速度

根據(jù)拉伸實(shí)驗(yàn)的加載速率，可以把拉伸實(shí)驗(yàn)分為低速拉伸、常速拉伸和高速拉伸。金屬材料的屈服度和抗拉強(qiáng)度均隨著拉伸深度的增減有不同程度的變化。因此，在進(jìn)行拉伸實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，只有同一速率下的屈服強(qiáng)度才有可比性，一般采用中速拉伸，確保測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確。

3.2正確選擇控制方式

在進(jìn)行下屈服強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)測(cè)定中，由于在實(shí)驗(yàn)階段，試樣在塑性延伸上會(huì)有很大的變化，但是應(yīng)力的變化卻是上下波動(dòng)的，而不是單向變動(dòng)。在這種情況下，為了達(dá)到應(yīng)力速率而采用應(yīng)力速率控制的方法，容易造成實(shí)驗(yàn)機(jī)橫梁的移動(dòng)速度波動(dòng)，測(cè)出的數(shù)據(jù)也不準(zhǔn)確，甚至?xí)霈F(xiàn)實(shí)驗(yàn)機(jī)失控的危險(xiǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 周崎，陳明，李成明.拉伸試驗(yàn)測(cè)量不確定度評(píng)定[J].檢驗(yàn)檢疫科學(xué)，2014（S1）.

[2] 湛欣.金屬拉伸試驗(yàn)速度對(duì)屈服強(qiáng)度的影響及其負(fù)荷速率的控制[J].溫州大學(xué)學(xué)報(bào)，2016（02）.