拉伸實驗基礎上的金屬材料屈服強度測試研究

秦珍容

摘 要 金屬材料的屈服強度是體現金屬材料力學性能、衡量材料承載能力的重要指標。通過實驗，準確的掌握金屬材料的屈服點和屈服強度，也是強度實驗的基礎性工作。本文圍繞金屬材料屈服強度測試問題，通過拉伸實驗方法，分析了不同測試條件對金屬材料的屈服強度測試的影響。

關鍵詞 拉伸實驗 屈服強度 實驗方法

1實驗基礎理論

1.1金屬屈服強度

金屬強度指金屬材料抵抗外力破壞作用的最大能力。在作用力的過程中，金屬材料開始發生明顯塑性變形時的最低應力值，就是金屬的屈服強度，是金屬材料發生屈服現象時的屈服極限。

1.2拉伸實驗

拉伸試驗是工程上應用最廣泛的機械性能試驗方法之一，由拉伸試驗得出的力學性能指標是材料驗收及工藝設計的重要參數。拉伸試驗測量結果的準確度與測量方法和測量裝置有著密切關系。

2金屬材料屈服強度拉伸測試

根據拉伸實驗的設計，采用電子萬能試驗機對于金屬材料試樣進行測試。

2.1金屬材料屈服強度拉伸測試階段

金屬材料屈服強度拉伸測試中，按照應力的變化可以為8個階段。分別是彈性變形階段、滯彈性階段、微塑性應變階段、屈服階段、塑性硬化階段、發聲形變點階段、縮頸變形階段、完全斷裂階段。其中，屈服點出現了屈服階段和塑性硬化階段之間。

2.2金屬材料屈服強度拉伸測試控制方式

拉伸方式是金屬材料屈服強度拉伸測試的基礎，不同的拉伸方式會對測試的效果產生明顯的影響。筆者在實驗中，主要通過控制試驗機橫梁移動的速度，來實現應力速率控制和應變速率控制的目的。如果將實驗力位移曲線和橫梁移動速度位移曲線進行對比分析，就可以明顯的觀察到在拉伸不同階段，橫梁速度的變化。通過實驗發現，當拉伸實驗進行到彈性變形階段的時候，橫梁的速度是很平穩的。當處于屈服階段的時候，橫梁的移速會逐漸增大。

2.3金屬材料屈服強度拉伸測試速率

按照拉伸實驗的相關標準，測試材料屈服強度的時候，試樣屈服期間的應變速率應該盡量保持恒定狀態，處于0.00025/s-0.0025/s之間。如果實驗的速率超出這一范圍，將直接影響到屈服強度測試的結果。以低碳鋼的測試為例，在實驗中發現，當拉伸應變速率在0.0042/s的時候，其屈服強表現為308.60MPa，當拉伸應變速率在0.0021/s的時候，其屈服強表現為294.860MPa，當拉伸應變速率在0.00021/s的時候，其屈服強表現為380.54MPa，三組測試數據之間的差別較大。

2.4金屬材料屈服強度拉伸測試屈服點

確定試樣的屈服點，是金屬材料屈服強度拉伸測試的核心內容，主要是通過測試確定試樣的上、下屈服點。上屈服強度是試樣因發生屈服應力首次下降前的最高應力，下屈服強度是在屈服期間不計初始瞬時效應時的最低應力。在實驗中的判斷，當試樣屈服前的第一個峰值應力即為上屈服強度，試樣屈服階段中，所有谷值中最小的一個即為下屈服值。實驗中，筆者繪制了上屈服點和下屈服點的波動曲線（如圖1所示），從曲線中可以明確的分辨出上屈服點和下屈服點的特性，其中FeH為上屈服點，FeL為下屈服點。

2.5金屬材料屈服強度拉伸測試拉伸應力變化

在實驗中，每個實驗組的拉伸應力平均值與屈服強度、抗拉強度均呈現出不同的變化（如圖2所示）。如果將拉伸應力速度從25MPas-1增大到70MPas-1的話，金屬材料抗拉強度曲線會逐漸提升，屈服強度的曲線也會隨之變大。

3金屬材料屈服強度拉伸測試注意事項

在拉伸實驗過程中，由于拉伸速度、金屬的材料，以及測量儀器等因素的影響，會導致屈服強度測試的不準確。因此，在進行金屬材料屈服強度拉伸測試過程中，必須注意以下兩個方面事項：

3.1精準控制拉伸速度

根據拉伸實驗的加載速率，可以把拉伸實驗分為低速拉伸、常速拉伸和高速拉伸。金屬材料的屈服度和抗拉強度均隨著拉伸深度的增減有不同程度的變化。因此，在進行拉伸實驗的時候，只有同一速率下的屈服強度才有可比性，一般采用中速拉伸，確保測試結果的準確。

3.2正確選擇控制方式

在進行下屈服強度的實驗測定中，由于在實驗階段，試樣在塑性延伸上會有很大的變化，但是應力的變化卻是上下波動的，而不是單向變動。在這種情況下，為了達到應力速率而采用應力速率控制的方法，容易造成實驗機橫梁的移動速度波動，測出的數據也不準確，甚至會出現實驗機失控的危險。

參考文獻

[1] 周崎，陳明，李成明.拉伸試驗測量不確定度評定[J].檢驗檢疫科學，2014（S1）.

[2] 湛欣.金屬拉伸試驗速度對屈服強度的影響及其負荷速率的控制[J].溫州大學學報，2016（02）.