鋁合金拉伸試樣表面質(zhì)量及拉伸速度對拉伸性能的影響

白曉霞，趙勝強(qiáng)，周　靜，呂　丹，郭　紅，楊金剛(東北輕合金有限責(zé)任公司，哈爾濱　150060)

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鋁合金拉伸試樣表面質(zhì)量及拉伸速度對拉伸性能的影響

白曉霞，趙勝強(qiáng)，周靜，呂丹，郭紅，楊金剛
(東北輕合金有限責(zé)任公司，哈爾濱150060)

摘要:通過對鋁合金拉伸試樣進(jìn)行車削破壞，研究試樣表面質(zhì)量對不同合金拉伸性能的影響，以及對不同狀態(tài)同種合金拉伸性能的影響;同時研究不同拉伸速度對鋁合金拉伸性能的影響。由此了解試樣表面質(zhì)量和拉伸速度對性能的影響規(guī)律，并在實際檢測過程中盡量避免表面質(zhì)量和拉伸速度產(chǎn)生的影響。

力學(xué)性能是鋁合金制品的常規(guī)檢測項目之一，其中通過拉伸試驗，可以獲得材料的彈性極限、伸長率、彈性模量、面積縮減量、拉伸強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和其它拉伸性能指標(biāo)，這些指標(biāo)也是結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料選擇、工藝評價以及材料檢驗的主要依據(jù)［1］。然而，在鋁合金的生產(chǎn)過程中存在力學(xué)性能實測結(jié)果處于指標(biāo)臨界值，易出現(xiàn)出廠檢測合格而用戶復(fù)驗不合格的情況。此現(xiàn)象的原因之一是生產(chǎn)企業(yè)和用戶所加工的試樣質(zhì)量或試驗參數(shù)之間存在差異造成的，因此針對該問題進(jìn)行了拉伸試樣表面質(zhì)量及拉伸速度對不同材料性能的影響試驗，得到表面質(zhì)量和拉伸速度對拉伸性能的影響規(guī)律。本文以超高強(qiáng)7055和中強(qiáng)5A06合金為試驗材料，研究表面質(zhì)量、拉伸速度等對性能的影響。

1　試驗材料及方法

試驗材料為7055－T7751、5A06－H112合金30mm厚板材及7055－H112合金30mm厚板材經(jīng)420℃2h退火的O狀態(tài)試樣。首先將材料加工成Φ9mm性能試樣，并利用車床加工出表面不同深淺度的加工痕，如圖1所示。

圖1　有車削痕的試樣照片

對車削破壞后的性能試樣根據(jù)加工的劃痕深度和寬度將表面質(zhì)量由好到壞進(jìn)行排列，采用5mm/min速度進(jìn)行拉伸性能檢測，研究表面質(zhì)量對拉伸性能的影響。此外，選擇2mm/min、5mm/min、20mm/min、50mm/min、100mm/min速度進(jìn)行正常加工試樣的性能檢測，研究拉伸速度對拉伸性能的影響。具體試驗方案如表1所示。

表1　試驗材料及拉伸速度

2　試驗結(jié)果與分析

2.1表面質(zhì)量對力學(xué)性能的影響

表面質(zhì)量對7055合金T7751狀態(tài)、O狀態(tài)以及對5A06合金H112狀態(tài)力學(xué)性能的影響如表2和圖2所示，拉伸斷口截面如圖3所示。

隨著拉伸試樣工作部分表面質(zhì)量逐漸變差，T7751狀態(tài)的7055合金抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度明顯降低，伸長率開始階段變化不大，隨表面質(zhì)量進(jìn)一步變差而迅速降低，其中抗拉強(qiáng)度降低66N/mm2，屈服強(qiáng)度降低59N/mm2，伸長率相差4.4%。這是由于7055合金T7751狀態(tài)的強(qiáng)度較高塑性較差，在拉伸變形過程中，機(jī)加工刀痕的深度足以成為應(yīng)力集中的缺口［2］，當(dāng)拉伸力足夠大時，缺口處的集中應(yīng)力超出局部抗拉強(qiáng)度，便在缺口處首先形成微裂紋，隨后逐漸擴(kuò)展，最后試樣在缺口處發(fā)生斷裂，斷口截面如圖3(a、b)所示，加工刀痕深的試樣表現(xiàn)出更為明顯的脆性斷裂性質(zhì)，頸縮率低，斷口相對平齊。

表2　不同表面質(zhì)量的力學(xué)性能

圖2　表面質(zhì)量對力學(xué)性能的影響

圖3　試樣拉伸斷口

隨著拉伸試樣表面質(zhì)量逐漸變差，O狀態(tài)的7055合金抗拉強(qiáng)度降低68N/mm2，屈服強(qiáng)度降低29N/mm2，伸長率下降12.5%。與7055合金T7751狀態(tài)相比，抗拉強(qiáng)度的降低相差不大，但屈服強(qiáng)度降低值明顯減小，伸長率的變化也比較明顯。這是由于退火處理后，變形組織發(fā)生回復(fù)和再結(jié)晶，同時使時效處理產(chǎn)生的沉淀強(qiáng)化相回溶，顯著降低合金強(qiáng)度，出現(xiàn)退火軟化現(xiàn)象，從而降低缺口應(yīng)力集中敏感性，使拉伸過程中屈服強(qiáng)度的相對降低幅度減小。加工刀痕深的試樣在拉伸過程中由于缺口的存在，使斷口不再沿45°方向斷裂，而是呈水平斷裂，如圖3(c、d)所示。

隨著拉伸試樣工作部分表面質(zhì)量逐漸變差，H112狀態(tài)的5A06合金抗拉強(qiáng)度變化很小，但屈服強(qiáng)度降低達(dá)到46N/mm2，伸長率相差5.1%，相對降低率較小。由于5A06合金塑性好，缺口敏感性低，拉伸試樣均沿45°方向斷裂，如圖3(e)，有明顯加工刀痕的試樣，當(dāng)應(yīng)力超過屈服強(qiáng)度時試樣產(chǎn)生塑性變形，隨著塑性變形量的增加出現(xiàn)形變強(qiáng)化來補償截面積的減少［3，4］，在缺口處出現(xiàn)應(yīng)力－應(yīng)變集中，裂紋沿缺口擴(kuò)展，但擴(kuò)展到一定深度后，刀痕缺口的影響減弱，沿拉伸方向發(fā)生塑性變形，裂紋沿45°角方向擴(kuò)展，直至斷裂，如圖3(f)所示。

2.2拉伸速度對力學(xué)性能的影響

不同拉伸速度對力學(xué)性能的影響如表3和圖4所示。拉伸速度自2mm/min增至100mm/min，T7751狀態(tài)的7055合金抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和伸長率變化不大; H112狀態(tài)的5A06合金抗拉強(qiáng)度下降22N/mm2，并隨著拉伸速度的增加呈遞減的趨勢，屈服強(qiáng)度和伸長率也有一定的波動，但無明顯規(guī)律性。由此可知，拉伸速度對T7751狀態(tài)7055合金力學(xué)性能的影響較小，對H112狀態(tài)5A06合金的力學(xué)性能有比較明顯的影響。

表3　不同拉伸速度下的力學(xué)性能

圖4　拉伸速度對力學(xué)性能的影響

3　結(jié)語

(1)表面質(zhì)量對T7751狀態(tài)和O狀態(tài)7055合金抗拉強(qiáng)度影響較明顯，隨著表面質(zhì)量逐漸變差，抗拉強(qiáng)度明顯降低，伸長率也呈下降趨勢;對H112狀態(tài)5A06合金抗拉強(qiáng)度的影響程度小，對屈服強(qiáng)度和伸長率影響較明顯。

(2)拉伸速度對T7751狀態(tài)7055合金力學(xué)性能的影響較小，對H112狀態(tài)5A06合金的力學(xué)性能影響比較明顯，檢測過程中需要對拉伸速度進(jìn)行控制。

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關(guān)鍵詞:拉伸性能;表面質(zhì)量;拉伸速度;強(qiáng)度;應(yīng)力集中

Affect of Surface Quality and Specimen and Tensile Speed on Tensile Properties of Aluminum Alloy

Bai Xiaoxia，Zhao shengqiang，Zhou Jing，Lu Dan，Guo Hong，Yang Jingang
(Northeast Light Alloy Co.Ltd.，Harbin 150060 China)

Abstract:By turning damage to the tensile specimen of aluminum alloy，affect the surface quality of the specimen on tensile properties of different alloys，as well as the influence on the tensile properties of different states of the same alloy are studied，at the same time，the effect of different strain rate on tensile properties of aluminum alloy are also studied.The influence of surface quality and drawing speed on the properties of the samples is understood in order to avoid the affect of the surface quality and drawing speed of the actual testing process.

KeyWords:tensile properties; surface quality; tensile speed; strength; stress concentration

作者簡介:白曉霞(1985－)，女，遼寧阜新市人，工程師。

收稿日期:2015－03－12