试验加荷方法对测定金属拉伸强度结果的影响

试验加荷方法对测定金属拉伸强度结果的影响

陈海林

(重庆交通大学 土木工程学院，重庆  400074)

摘要：任何工程结构、机械零件和生产工具在使用过程中都受到各种各样的外力作用。这就要求金属材料具有抵抗一定的变形而不被破坏的能力，这种能力就是金属的力学性能，如弹性、塑性、韧性、强度。获得金属力学性能指标的唯一可靠的方法是进行测试。拉伸试验法就是检验金属材料力学性能的一种极为重要的方法。本文根据GB/T 228.1-2010《金属材料室温拉伸试验方法》[1]，就金属材料拉伸性能试验方法进行了简要的研究。

关键词：金属材料、拉伸试验、加荷方法

金属拉伸试验是金属力学试验中最基本的试验。通过拉伸性能试验，可以获取金属材料的许多重要力学性能指标，如屈服强度、抗拉强度、伸长率、断面收缩率等等。对把握金属材料性能有着重要意义。笔者主要在中国知行网(CNKI)搜索，以“金属拉伸试验”为主题收集文献，对金属拉伸试验的原理、下屈服强度、断后伸长率测定和试验的影响因素进行了综述。

一、金属拉伸试验原理

金属拉伸试验往往采用金属拉伸试验装置。在拉伸试验过程中，计算机根据试验参数，来利用数字阀门将液压油从油源输送到主机架油缸当中，利用液压作用力对金属材料进行拉伸。同时计算机显示屏上面会显示金属材料拉伸的各项数据，例如应力、应变、位移等等。试验人员只需要根据需要转变控制模式便能够得到相应的试验数据[2]。

二、下屈服强度

(一).概念

当金属材料出现屈服现象时，在试验阶段达到塑性变形而力不增加的应力点时。可分为上屈服强度和下屈服强度，实际试验中主要研究下屈服强度，下屈服强度表示：在屈服期间，不计初始瞬时效应时的最小应力[3]。

（二）.测定方法

下屈服强度可以从力-延伸曲线上测得，测定下屈服点时，试样平行长度内的应变速率应尽可能的恒定并保持在0.00025 s-1～0.0025 s-1的范围之间。如果不能直接调节应变速率，应通过调节屈服开始前的应力速率来调整，在屈服完成之前不再调节试验机的控制。为提高试验效率，可以在到达上屈服强度之后延伸率为0.25%范围以内的最低应力作为下屈服强度，不考虑任何初始瞬时效应。

（三）.测定方法的发展

国内外大量实验证明：试样的变形速度直接影响试样屈服强度和屈服点。拉伸速度超过材料的塑性应变时，会引起屈服点上升。因此，为保证屈服强度的可比性，国家标准提倡采用应变速率控制。而应变速率是个微小的变量，测试非常不方便，一般都不使用这种方法。目前国际上普遍采用根据应变速率和试验系统柔度K值计算出的应力速率来控制试验速度、达到间接控制应变速率的目的[4]。负荷速率控制法是将试验速度控制在稍低于上限，这样可以缩短许多试验时间，这种方法简便省时而且非常标准，具有很好的推广价值。

三、断后伸长率

（一）.断后伸长率的概念

断后伸长率是断后标距的残余伸长与原始标距之比的百分率[1]，是判断金属材料塑性的一个重要的性能指标，也是评价金属材料是否合格的重要依据。

（二）.测定方法的发展

1.拉伸试验最大力过后卸荷检测伸长率

在钢筋拉伸试验时，最大力过后，金属材料颈缩开始，趁钢筋未断裂前卸掉负荷，在未拉断钢筋的情况下检测其伸长率，当实测值规定值时，用此值代替断后伸长率，当实测值<规定值时，则二次拉伸试验，将试样拉断后，检测断后伸长率。

2.用非比例试样获取比例试样断后伸长率

根据金属材料均匀塑性变形过程中的单位长度塑性伸长量相同，以及只在局部长度内发生颈缩变形，建立了一种标距小于标准比例试样的非标准试样来测定标准比例试样断后伸长率的方法。在拉伸试验过程中，只要从短标距试样换算出标准比例试样均匀塑性变形后的标距，再加上试样标距内的颈缩伸长量，就可以得到断后标准比例试样的标距，进而得到相应标距下的断后伸长率A。经过试验数据证明，用该方法测得的断后伸长率与规范标准规定的方法获得的伸长率相吻合。

四、试验结果的影响因素

金属材料拉伸性能取决于材料本身，但相同的材料在不同拉伸试验过程中所得的结果也有所不相同。影响金属材料室温拉伸试验结果的因素主要有：拉伸速率、温度、试样、测量仪器和设备、人员等等。对这些影响因素的原因进行分析，并据此制定有关规程，严格控制试验操作过程，如此才能够获得精确的检测结果。

（一）.拉伸速率

在规范GB/T 228.1-2010《金属材料室温拉伸试验》规定中：在弹性范围和直至上屈服强度，试验机夹头的分离速率应尽可能保持恒定，并在规定的应力速率范围内(如表1)。若仅测定下屈服强度，在试样平行长度的屈服期间应变速率应在0.00025～0.0025之间，平行长度内的应变速率应尽可能保持恒定。在塑性范围和直至规定强度应变速率不应超过 0.0025[1]。

（二）.温度

温度作为影响材料的性能参数之一，一般认为，随着温度升高，金属材料的强度指标下降，塑性指标上升，在规范GB/T228.1- 2010《金属材料室温拉伸试验》的规定中，试验一般室温须在10℃～35℃范围内进行。对温度有严格要求的试验温度应为23℃±5℃

[1]。而在标准范围内，对于力值由度盘显示的材料试验机，环境温度变化造成的影响基本可忽略不计。

（三）.试样

试样是金属材料各种性能的载体，金属拉伸试验是通过对试样的准静态拉伸来获得其力学性能指标的，正确取样，制样是保证测量准确的基础。试样的形状和尺寸取决于要被试验的金属产品的形状和尺寸，而不同取样方向，会导致屈服强度及断后伸长率有差异，同一材料在不同的加工方式下其屈服强度也会有所不同，同时试样需经过“去加工硬化处理”以达到试样结果接近板材的真实值。

（四）.测量仪器和设备

首先是量具、试验机、引伸计必须经校验鉴定合格后并在有效期内方可使用。因为它们的准确度直接影响实验的结果。其次是试验机的柔度、刚度和其加载同轴度都会对拉伸试验结果有一定的影响。再其次是量具砧面污染、量具零点和测量时的压力等因素也会对试验时的测量精度产生影响。因此，在进行试验之前，须对各种测量仪器进行校验，同时保持量具的清洁干净。

（五）.人员

在金属拉伸试验工作中，作为具体实验人，由于主观因素和操作水平的高低会给试验结果带来偏差，尤其是试样表面形状不规则、标距的标注、测量比较困难的试样，也极易造成数据的不稳定。然而不同的人员在测量同一试样时，测量数据也不一定相同。特别是单次测量时，试验结果的波动性更大，但这样的误差是不可避免的。

总结

本文中的下屈服强度和断后伸长率的测定是目前工程中金属材料拉伸试验检测的热点领域之一，随着科学技术的飞速发展，一些新型金属材料的不断出现，又必然对金属材料的力学性能测试提出更高的要求，这必将导致金属材料室温拉伸试验方法新的进步。除此以外，还要控制影响因素对试验结果的影响，因为金属材料室温拉伸试验结果的精准性直接关系到金属构件产品的质量，在生产实践中应充分得到重视。

参考文献:

[1] GB/T 228.1-2010,金属材料室温拉伸试验方法[S].北京:中国标准出版社,2010.

[2]陈智军,施文康,蔡增伸.金属拉伸试验的测量与控制[J].计算机测量与控制,2005,13(12):1322-1324.

[3]GB/T 24182-2009,金属力学性能试验出版标准中的符号和定义[S].北京:中国标准出版社,2009.

[4]湛欣.金属拉伸试验速度对屈服强度的影响及其负荷速率的控制[J].温州大学学报,2003,(2):111-112.