測(cè)試方法對(duì)測(cè)定金屬材料屈服強(qiáng)度的影響及分析

摘 要：在工業(yè)生產(chǎn)中，金屬材料應(yīng)用的比較廣泛，對(duì)于金屬材料的相關(guān)性能要求的也比較嚴(yán)格，所以要嚴(yán)格測(cè)定金屬材料的性能。屈服強(qiáng)度是金屬材料力學(xué)性能的表現(xiàn)形式之一，對(duì)于屈服強(qiáng)度的測(cè)試，其中屈服點(diǎn)的確定比較重要，對(duì)于屈服強(qiáng)度的測(cè)定有很大的影響。本文通過對(duì)金屬材料中影響屈服強(qiáng)度測(cè)試的因素進(jìn)行了分析，為以后屈服強(qiáng)度的測(cè)試奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：拉伸實(shí)驗(yàn)；屈服強(qiáng)度；拉伸曲線；加載速度

對(duì)于金屬材料進(jìn)行的力學(xué)性能試驗(yàn)，拉伸試驗(yàn)是最為常用的方法之一。通過拉伸試驗(yàn)，可以對(duì)金屬材料很多的力學(xué)性能做出判斷。屈服強(qiáng)度在金屬材料的力學(xué)性能中算是比較重要的屬性之一，對(duì)于實(shí)際中的應(yīng)用有很大的影響。屈服強(qiáng)度是衡量金屬材料可承載力的重要指標(biāo)，同時(shí)因?yàn)榍?qiáng)度的不同，在加工工藝和施工工藝中，對(duì)其進(jìn)行的相關(guān)操作是不同的，可以根據(jù)屈服強(qiáng)度的大小，來判斷工藝方法和施工方式，所以說對(duì)金屬材料的屈服強(qiáng)度進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)試是非常重要的。

本文不考慮金屬材料本身內(nèi)在因素及試件加工工藝對(duì)其屈服強(qiáng)度影響，僅從實(shí)驗(yàn)方法的角度探討如何更準(zhǔn)確測(cè)定材料的屈服強(qiáng)度。

1 拉伸曲線中上、下屈服點(diǎn)的確定

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在對(duì)金屬材料的性能測(cè)試中，越來越多的使用到先進(jìn)的儀器對(duì)其進(jìn)行測(cè)量。電子萬能實(shí)驗(yàn)機(jī)就是測(cè)量金屬材料屈服強(qiáng)度的機(jī)器，并且操作簡(jiǎn)單，在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，機(jī)器會(huì)自動(dòng)給出屈服曲線，并且對(duì)于材料中的屈服點(diǎn)都會(huì)明確的標(biāo)識(shí)出來，屈服強(qiáng)度的相關(guān)參數(shù)也會(huì)有所闡述。但是在實(shí)際的使用中卻發(fā)現(xiàn)，即使是同一批材料，使用同一臺(tái)機(jī)器，在同樣的條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，但是得出來的數(shù)據(jù)還是存在很大的差異，并且有些差異是不可接受的。

對(duì)于以上現(xiàn)象的出現(xiàn)，經(jīng)過了長(zhǎng)期的實(shí)驗(yàn)觀察，發(fā)現(xiàn)主要是在實(shí)驗(yàn)期間，機(jī)器在尋找屈服點(diǎn)的過程中出現(xiàn)了錯(cuò)誤，從而造成測(cè)量的差異。在相關(guān)資料中，對(duì)于上下屈服點(diǎn)的定義為在屈服階段內(nèi)，出現(xiàn)的最高應(yīng)力和最低應(yīng)力分別稱為上下屈服強(qiáng)度。實(shí)際上按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，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。所謂初始瞬時(shí)效應(yīng)是指從上屈服強(qiáng)度向下屈服強(qiáng)度過度時(shí)發(fā)生的瞬時(shí)效應(yīng)（也稱慣性效應(yīng)）。瞬時(shí)效應(yīng)與實(shí)驗(yàn)機(jī)加力系統(tǒng)的柔度、試樣的柔度、實(shí)驗(yàn)速率、試樣屈服特性和測(cè)力系統(tǒng)慣件守恒等多種因素有關(guān)。對(duì)瞬時(shí)效應(yīng)作定量評(píng)定是困難的。定性的把從上屈服強(qiáng)度向下屈服強(qiáng)度過度期間的第1個(gè)下降谷區(qū)作為初始瞬時(shí)效應(yīng)的影響區(qū)。為了避開該區(qū)影響，把第1個(gè)下降谷值應(yīng)力（不管它是否最小）排除不計(jì)后，取其后的最小應(yīng)力為下屈服強(qiáng)度。對(duì)于只呈現(xiàn)一個(gè)谷值的情況，該谷值應(yīng)力為下屈服強(qiáng)度。這樣的定義與一般意義上的理解足有出入的，很容易造成誤判， 如圖1圖2所示。

如圖1，在確定下屈服點(diǎn)時(shí)，往往會(huì)選擇A點(diǎn)。實(shí)際上考慮到初始瞬時(shí)效應(yīng)的影響，應(yīng)當(dāng)選擇圖上標(biāo)示的點(diǎn)為下屈服點(diǎn)。如果選擇A點(diǎn)，會(huì)使測(cè)得的下屈服強(qiáng)度小于真實(shí)值。如圖2，在確定上屈服點(diǎn)時(shí)，往往會(huì)選擇B點(diǎn)。根據(jù)規(guī)定，應(yīng)當(dāng)選則圖上標(biāo)示的點(diǎn)為上屈服點(diǎn)。如果選擇B點(diǎn)，會(huì)使測(cè)得的下屈服強(qiáng)度大于真實(shí)值。在很多情況下，這種誤判造成的誤差較大而不能容忍。

對(duì)于上、下屈服強(qiáng)度位置判定的基本原則如下：

（1）屈服前的第1個(gè)峰值應(yīng)力（第1個(gè)極大值應(yīng)力）判為上屈服強(qiáng)度，不管其后的峰值應(yīng)力比它大或比它小。

（2）屈服階段中如呈現(xiàn)兩個(gè)或兩個(gè)以上的谷值應(yīng)力，舍去第一個(gè)谷值應(yīng)力（第1個(gè)極小值應(yīng)力）不計(jì)，取其余谷值應(yīng)力之中最小者判為下屈服強(qiáng)度。如只呈現(xiàn)1個(gè)下降谷，此谷值應(yīng)力判為下屈服強(qiáng)度。

（3）屈服階段中呈現(xiàn)屈服平臺(tái)，平臺(tái)成力判為下屈服強(qiáng)度；如呈現(xiàn)多個(gè)且后者高于前者的屈服平臺(tái)，判第1個(gè)平臺(tái)應(yīng)力為下屈服強(qiáng)度。

（4）正確的判定結(jié)果應(yīng)是下屈服強(qiáng)度一定低于上屈服強(qiáng)度。

2 拉伸實(shí)驗(yàn)的控制方式

2.1 控制方式的選取

在對(duì)金屬材料進(jìn)行拉伸實(shí)驗(yàn)的過程中，控制的選擇是非常重要的，它對(duì)于實(shí)驗(yàn)結(jié)果有很大的影響。在實(shí)驗(yàn)中，控制方式有很多，比如說應(yīng)力速率控制和應(yīng)變速率控制就是其中的兩種。在實(shí)驗(yàn)中，為了保證測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況來選擇適宜的控制方式。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，那么實(shí)驗(yàn)機(jī)在測(cè)試的過程中，橫梁的移動(dòng)速度會(huì)發(fā)生波動(dòng)，測(cè)出的數(shù)據(jù)也不準(zhǔn)確。在嚴(yán)重的情況下，甚至?xí)箤?shí)驗(yàn)機(jī)失控從而造成極大的危險(xiǎn)。

2.2 拉伸速率的選擇

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，若僅測(cè)量下屈服強(qiáng)度，存試樣平行長(zhǎng)度的屈服期間應(yīng)變速率應(yīng)在0.00025/s～0.0025/s之間，平行長(zhǎng)度的應(yīng)變速率應(yīng)盡量保持恒定。可以看出，國(guó)家規(guī)定的實(shí)驗(yàn)速率范同是比較寬泛的。有些實(shí)驗(yàn)由于實(shí)驗(yàn)條件或?qū)嶋H需要實(shí)驗(yàn)速率更會(huì)超出規(guī)定的范圍。對(duì)于金屬材料，特別是低碳鋼其屈服強(qiáng)度會(huì)受到實(shí)驗(yàn)速率的影響，有時(shí)差別會(huì)比較大。

3 結(jié)語

通過對(duì)本文的分析，可以得知在對(duì)金屬材料的屈服強(qiáng)度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過程中，對(duì)于屈服點(diǎn)的掌握，在使用電子萬能實(shí)驗(yàn)機(jī)進(jìn)行測(cè)試時(shí)，不能夠完全根據(jù)機(jī)器測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行確定，而是應(yīng)該根據(jù)實(shí)際的具體情況來確定屈服點(diǎn)。對(duì)于實(shí)驗(yàn)中速率對(duì)于材料的影響也要充分的考慮進(jìn)來，只有在同樣的速率下測(cè)得的屈服強(qiáng)度才具有可比性。金屬材料的屈服強(qiáng)度是其力學(xué)性能中比較重要的性能之一，對(duì)于實(shí)際的應(yīng)用有很大的影響，所以在實(shí)驗(yàn)中，要對(duì)屈服點(diǎn)的確定嚴(yán)格謹(jǐn)慎，保證屈服強(qiáng)度測(cè)定的準(zhǔn)確性。

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