申志敏+高靜

摘 要：加工作為通過一定的方式和工序把原材料或半成品轉(zhuǎn)化成目標(biāo)需求的一個過程，在現(xiàn)代工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。本文將以金屬材料的特殊性質(zhì)為出發(fā)點(diǎn)，進(jìn)一步從加工條件、拉伸速度、試樣加工三個方面，詳細(xì)論述加工對金屬材料拉伸性能的影響，以期為提高金屬材料的加工精度提供參考。

關(guān)鍵詞：加工條件；拉伸速度；試樣加工；金屬材料；拉伸性能

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.13.011

0 引言

隨著社會的進(jìn)步以及金屬材料應(yīng)用領(lǐng)域的逐步擴(kuò)大，其對人們的生活有著越來越重要的影響，而拉伸性能作為檢驗(yàn)金屬材料是否符合規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的重要指標(biāo)之一，要求在金屬材料的加工過程中應(yīng)當(dāng)具備較高的加工工藝。基于此，本文筆者將結(jié)合自己的工作實(shí)踐就加工對金屬材料拉伸性能的影響問題進(jìn)行探討，以供商榷。

1 金屬材料的特殊性質(zhì)

金屬材料通常是指由金屬元素或以金屬元素為主所構(gòu)成的具有金屬特性的材料的統(tǒng)稱，主要包括純金屬、特種金屬、合金以及金屬材料金屬間化合物等。一般來說，在金屬材料的加工過程中，其組織會受到一定的影響而發(fā)生相應(yīng)的改變。因此，了解并把握金屬材料的特殊性質(zhì)對加工具有至關(guān)重要的影響，具體而言，金屬材料的特殊性質(zhì)主要表現(xiàn)為如下三個方面：

（1）疲勞。許多金屬材料，例如：工程構(gòu)件、機(jī)械零件等，在工作過程中需要承受交變載荷，在此作用下，雖然金屬材料的屈服極限遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于應(yīng)力水平，但經(jīng)過長期的應(yīng)力循環(huán)作用后，也會出現(xiàn)突然脆性斷裂現(xiàn)象，此現(xiàn)象就是金屬材料的疲勞，是一種最常見也最危險的斷裂形式。（2）塑性。在載荷外力的作用下，金屬材料所呈現(xiàn)的永久變形而不被破壞的能力即為金屬材料的塑性。金屬材料的塑性越好，越能在較大的范圍內(nèi)形成塑性變形，并在塑性變形的過程中強(qiáng)化金屬材料的強(qiáng)度，增加金屬材料的安全性。（3）硬度。硬度主要是指金屬材料對硬物體壓入其表面的抵抗能力，是考量金屬材料性能的重要指標(biāo)之一。金屬材料的硬度是起始塑性變形抗力與繼續(xù)塑性變形抗力共同作用的結(jié)果，一般來說，金屬材料的硬度越高，耐磨性也就會越好。

2 加工對金屬材料拉伸性能的影響

2.1 加工條件對金屬材料拉伸性能的影響

根據(jù)加工時成型溫度、時間以及壓力的不同，金屬材料拉伸性能會受到不同程度的影響，其中以橫向拉伸強(qiáng)度所受的影響最為突出。通常而言，隨著成型溫度的升高，金屬材料內(nèi)部的分子運(yùn)動能量、熔體的自由體積以及鏈段的活動能力均會隨之增加，從而降低分子間的相互作用及熔體粘度，增加金屬材料的橫向拉伸強(qiáng)度。但這不并不意味著成型溫度越高越好，因?yàn)槌尚蜏囟热绻^高，就會使聚丙烯樹脂本身的氧化速度加快，導(dǎo)致大分子主鏈斷裂等不良情形，影響金屬材料的性能。其次，金屬材料的橫向拉伸強(qiáng)度會隨著加工時間的延長而呈現(xiàn)出先增加后趨于平緩的趨勢，加工時間過短容易導(dǎo)致聚丙烯樹脂熔體出現(xiàn)流動不暢等不良現(xiàn)象，但在達(dá)到飽和值后再延長時間，同樣不會對結(jié)果有太大的改變。最后，金屬材料的橫向拉伸強(qiáng)度會隨著壓力的增大呈現(xiàn)出先增后減的趨勢，壓力在3MPa～7MPa之間，金屬材料的橫向拉伸強(qiáng)度會隨壓力的增加而增加，而當(dāng)壓力在7MPa～9MPa之間，橫向拉伸強(qiáng)度則會隨著壓力的增加而降低，因此，壓力對金屬材料拉伸性能的影響是雙面的，在加工過程中應(yīng)當(dāng)根據(jù)需要進(jìn)行合理的控制。

2.2 拉伸速度對金屬材料拉伸性能的影響

在金屬材料的內(nèi)部往往存在著位錯等晶體缺陷，而在常溫狀態(tài)下，金屬材料拉伸性能主要呈現(xiàn)在彈性變形階段與塑性變形階段。其中金屬材料的塑性變形主要依靠位錯方式來完成，一旦外力作用超過滑移的臨界值，便會導(dǎo)致向晶向和晶面運(yùn)動，而在運(yùn)動過程中會產(chǎn)生相應(yīng)的運(yùn)動速度，這就導(dǎo)致金屬材料在拉伸過程中，抗拉強(qiáng)度會隨著拉伸速度的提高而升高。此外，金屬材料在拉伸過程中，拉伸時間會存在一定的滯后性，若在低的拉伸速度下，金屬材料可以承受200kN拉力，一旦拉伸的速度提高，同樣給予金屬材料200kN拉力，則會因位錯密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于在低的拉伸速度下狀態(tài)，而導(dǎo)致金屬材料斷裂，因而拉伸速度的提高會大幅度降低金屬材料的斷后伸長率，并在達(dá)到臨界值后呈現(xiàn)趨緩下降趨勢。

2.3 試樣加工對金屬材料拉伸性能的影響

樣坯切取和試樣制備作為試樣加工的兩大重要環(huán)節(jié)，其中取樣方向、位置、方法以及試樣形狀、尺寸、制備方法的不同，均會對金屬材料拉伸性能產(chǎn)生一定的影響。具體影響主要表現(xiàn)為如下幾個方面：首先，在和軋制方向相同的部位取樣，能夠增加金屬材料的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度，提高金屬材料拉伸性能，次之45°方向取樣，而在和軋制方向垂直的部位取樣金屬材料的拉伸性能最差。其次，由于受組織結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分等不均勻性因素的影響，會使金屬材料不同部位的力學(xué)性能出現(xiàn)一定的差異。以H型鋼為例，腹板和翼緣的拉伸性能就存在很大的差別，通常對于翼緣寬度超過200mm的H型鋼，應(yīng)當(dāng)在翼緣1/3處進(jìn)行切取取樣。最后，試樣的制備方法包含很多種，如：冷剪法、砂輪片切割法、機(jī)械加工法以及火焰切割法等，但無論運(yùn)用哪種方法，在操作過程中均應(yīng)避免受熱不均、加工硬化以及變形等不良現(xiàn)象的產(chǎn)生，保證金屬材料的力學(xué)特性，增強(qiáng)其拉伸性能。

3 結(jié)束語

綜上所述，在金屬材料的加工過程中，無論是加工條件、拉伸速度還是試樣加工均會對金屬材料拉伸性能產(chǎn)生一定的影響，使其抗拉強(qiáng)度、斷后伸長率以及橫向拉伸強(qiáng)度發(fā)生相應(yīng)的改變。因此，這就要求相關(guān)工作人員在工作實(shí)踐中，應(yīng)當(dāng)充分了解并把握金屬材料的特殊性質(zhì)，并增強(qiáng)加工對金屬材料拉伸性能影響問題的重視程度，從而逐步提高加工工藝，促使金屬材料外觀以及拉伸性能的切實(shí)提高。

參考文獻(xiàn)：

[1]田廣明.試樣加工對金屬材料拉伸性能的影響[J].理化檢驗(yàn)（物理分冊），2011，47（06）：365-367.

[2]耿富強(qiáng)，劉兵華，李美琳.試樣取樣與加工對美標(biāo)金屬材料拉伸性能的影響[J].化工裝備技術(shù)，2013，34（02）：30-32.

[3]李培芬，康赫男，賓遠(yuǎn)紅.拉伸速度對金屬材料拉伸性能測試結(jié)果的影響[J].計量與測試技術(shù)，2013（11）：61-64.

作者簡介：申志敏（1984-），女，山東陽信人，本科，助教，研究方向：材料成型及控制工程。