蘇亞寧?劉海金?王瑞明?劉麗梅?付迎?李金梅

摘要：通過控制不同拉伸速率對(duì)薄鈦板試樣進(jìn)行室溫拉伸試驗(yàn)，測(cè)定出該材料的力學(xué)性能，比較分析拉伸速率對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，拉伸速率對(duì)薄鈦板力學(xué)性能的測(cè)定具有一定的影響，對(duì)屈服強(qiáng)度的影響較大，對(duì)抗拉強(qiáng)度的影響不明顯。

關(guān)鍵詞：薄鈦板;力學(xué)性能;屈服強(qiáng)度;抗拉強(qiáng)度

簡(jiǎn)介：

在薄鈦板的拉伸性能影響因素測(cè)試過程中，由于設(shè)備、操作人員的不同對(duì)同一樣品在相同條件下，試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生較大的差異，甚至在設(shè)備、試驗(yàn)人員相同的條件下，對(duì)同一樣品在相同條件下，由于操作上的一些細(xì)節(jié)差異，也可能使試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生較大差異。

工業(yè)生產(chǎn)中，屈服強(qiáng)度[1]是合理設(shè)計(jì)金屬構(gòu)件并使之符合實(shí)際功用的重要參數(shù)，也是保證產(chǎn)品數(shù)據(jù)可靠性的依據(jù)之一。而標(biāo)準(zhǔn)GB/T228.1-2010中給出的拉伸速率控制范圍比較寬，沒有薄板厚度與拉伸速率之間的明確對(duì)應(yīng)關(guān)系，在實(shí)際試驗(yàn)時(shí)選擇拉伸速率的差異容易對(duì)試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響，甚至造成試驗(yàn)結(jié)果不滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

基于引伸計(jì)反饋的應(yīng)變速率控制模式，首先消除了試驗(yàn)機(jī)系統(tǒng)柔度，同時(shí)消除了不同試樣尺寸、不同試驗(yàn)機(jī)、不同實(shí)驗(yàn)室的影響，使試驗(yàn)數(shù)據(jù)具有可比性。同時(shí)這樣通過限定對(duì)試驗(yàn)結(jié)果有較大影響的因素可提高試驗(yàn)結(jié)果的復(fù)現(xiàn)性。但是此方法首先對(duì)于操作者的要求比較高[2]，要能靈活的應(yīng)對(duì)試驗(yàn)中出現(xiàn)的突發(fā)事件;其次相比其他試驗(yàn)速率控制模式，此方法在更換引伸計(jì)相對(duì)會(huì)降低試驗(yàn)速率，最后對(duì)于有屈服點(diǎn)或者出現(xiàn)不連續(xù)屈服的材料而言，不能使用此方法。而目前檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室一般都是采用橫梁位移應(yīng)變速率控制模式。此方法簡(jiǎn)單快捷、易操作，對(duì)于大批量的檢測(cè)非常實(shí)用。為了使此方式控制模式與基于引伸計(jì)反饋的應(yīng)變速率控制模式相似，同時(shí)最終試驗(yàn)數(shù)據(jù)具有可比性，標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了利用試驗(yàn)機(jī)的剛度修正橫梁位移速率。因此，使得這兩種控制模式發(fā)生沖突。試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中提到“隨著力值的增加，試驗(yàn)機(jī)的柔度可能會(huì)導(dǎo)致實(shí)際的應(yīng)變速率明顯低于應(yīng)變速率的設(shè)定值”，其中也未給出明確的態(tài)度。到底這兩種控制模式對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有多大的影響，相關(guān)專業(yè)人士意見也未統(tǒng)一。

一、試驗(yàn)方法及過程

在常規(guī)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室，金屬材料強(qiáng)度的檢測(cè)非常常見。影響拉伸實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響因素很多，其中拉伸速率就是其中比較重要的影響因素[8]。對(duì)于拉伸標(biāo)樣，采用不同的拉伸速率，可以得到不同的數(shù)據(jù)。為了在不同試驗(yàn)室，不同試驗(yàn)機(jī)上測(cè)得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)具有可比性，限制試驗(yàn)速率非常必要。故根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T228.1-2010中相關(guān)規(guī)定，采用橫梁位移應(yīng)變速率控制模式，在電子萬能試驗(yàn)機(jī)上做拉伸試驗(yàn)。

選擇在同一塊薄鈦板上截取100支拉伸試樣，每個(gè)速率拉10支試樣。選用微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)，用Extensometer FINAL INSPECTION Model Number：1034.25F-54引伸計(jì)精確測(cè)定屈服階段的數(shù)值。

二、試驗(yàn)結(jié)果及分析

根據(jù)上述試驗(yàn)方法，測(cè)得的一批數(shù)據(jù)平均值見表2，單個(gè)力學(xué)性能見附錄。

不同的拉伸速率對(duì)力學(xué)性能有一定的影響。屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度隨著拉伸速率的提高而上升，延伸率隨拉伸速率的提高基本保持不變。拉伸速率在小于0.0001mm-1范圍隨速度的增大屈服強(qiáng)度變化不明顯，從試驗(yàn)的方差可以看出拉伸速率在大于0.0001mm-1時(shí)方差明顯變大，平均屈服強(qiáng)度提高了33Mpa，抗拉強(qiáng)度提高了17Mpa。

通過計(jì)算不同拉伸速率下實(shí)驗(yàn)結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)差，屈服前試驗(yàn)速率在小于0.00015mm-1時(shí)數(shù)據(jù)離散性較小，屈服后試驗(yàn)速率在小于0.007mm-1時(shí)數(shù)據(jù)離散性較小，從而確定試驗(yàn)速率的上限，如在實(shí)驗(yàn)過程中試驗(yàn)速率過慢，雖然實(shí)驗(yàn)結(jié)果離散性較小，但試驗(yàn)效率太低。結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)屈服前在試驗(yàn)速率大于0.00006mm-1時(shí)，屈服后在試驗(yàn)速率大于0.004mm-1時(shí)試驗(yàn)效率較高。因此最終確定鈦板屈服前拉伸速率為0.00006mm-1～0.00015mm-1，屈服后拉伸速率為0.007mm-1～0.004mm-1，試驗(yàn)結(jié)果對(duì)延伸率影響不大。

三、試驗(yàn)結(jié)論

（1）拉伸速率對(duì)薄鈦板力學(xué)性能的測(cè)定具有一定的影響，對(duì)屈服強(qiáng)度的影響較大，對(duì)抗拉強(qiáng)度的影響不明顯。

（2）鈦板屈服前拉伸速率為0.00006mm-1～0.00015mm-1，屈服后拉伸速率為0.007mm-1-0.004mm-1。

參考文獻(xiàn)：

[1]王彩梅，孫澤亞，李迎超，張建波，張桂明，陳偉波.金屬圓棒試樣室溫下高應(yīng)變速率拉伸試驗(yàn)淺析[J].理化檢驗(yàn)（物理分冊(cè)），2019，（10）：676-679+685.

[2]尚燦.加工對(duì)金屬材料拉伸性能的影響初探[J].中小企業(yè)管理與科技（中旬? 刊），2019，（09）：149+151.

作者簡(jiǎn)介：

蘇亞寧（1990-），男，本科，助理工程師，主要從事金屬材料的性能檢測(cè)。