淺析加工對金屬材料拉伸性能的影響

申志敏+高靜

摘 要：加工作為通過一定的方式和工序把原材料或半成品轉化成目標需求的一個過程，在現代工業中得到了廣泛的應用。本文將以金屬材料的特殊性質為出發點，進一步從加工條件、拉伸速度、試樣加工三個方面，詳細論述加工對金屬材料拉伸性能的影響，以期為提高金屬材料的加工精度提供參考。

關鍵詞：加工條件；拉伸速度；試樣加工；金屬材料；拉伸性能

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.13.011

0 引言

隨著社會的進步以及金屬材料應用領域的逐步擴大，其對人們的生活有著越來越重要的影響，而拉伸性能作為檢驗金屬材料是否符合規定標準的重要指標之一，要求在金屬材料的加工過程中應當具備較高的加工工藝。基于此，本文筆者將結合自己的工作實踐就加工對金屬材料拉伸性能的影響問題進行探討，以供商榷。

1 金屬材料的特殊性質

金屬材料通常是指由金屬元素或以金屬元素為主所構成的具有金屬特性的材料的統稱，主要包括純金屬、特種金屬、合金以及金屬材料金屬間化合物等。一般來說，在金屬材料的加工過程中，其組織會受到一定的影響而發生相應的改變。因此，了解并把握金屬材料的特殊性質對加工具有至關重要的影響，具體而言，金屬材料的特殊性質主要表現為如下三個方面：

（1）疲勞。許多金屬材料，例如：工程構件、機械零件等，在工作過程中需要承受交變載荷，在此作用下，雖然金屬材料的屈服極限遠遠高于應力水平，但經過長期的應力循環作用后，也會出現突然脆性斷裂現象，此現象就是金屬材料的疲勞，是一種最常見也最危險的斷裂形式。（2）塑性。在載荷外力的作用下，金屬材料所呈現的永久變形而不被破壞的能力即為金屬材料的塑性。金屬材料的塑性越好，越能在較大的范圍內形成塑性變形，并在塑性變形的過程中強化金屬材料的強度，增加金屬材料的安全性。（3）硬度。硬度主要是指金屬材料對硬物體壓入其表面的抵抗能力，是考量金屬材料性能的重要指標之一。金屬材料的硬度是起始塑性變形抗力與繼續塑性變形抗力共同作用的結果，一般來說，金屬材料的硬度越高，耐磨性也就會越好。

2 加工對金屬材料拉伸性能的影響

2.1 加工條件對金屬材料拉伸性能的影響

根據加工時成型溫度、時間以及壓力的不同，金屬材料拉伸性能會受到不同程度的影響，其中以橫向拉伸強度所受的影響最為突出。通常而言，隨著成型溫度的升高，金屬材料內部的分子運動能量、熔體的自由體積以及鏈段的活動能力均會隨之增加，從而降低分子間的相互作用及熔體粘度，增加金屬材料的橫向拉伸強度。但這不并不意味著成型溫度越高越好，因為成型溫度如果過高，就會使聚丙烯樹脂本身的氧化速度加快，導致大分子主鏈斷裂等不良情形，影響金屬材料的性能。其次，金屬材料的橫向拉伸強度會隨著加工時間的延長而呈現出先增加后趨于平緩的趨勢，加工時間過短容易導致聚丙烯樹脂熔體出現流動不暢等不良現象，但在達到飽和值后再延長時間，同樣不會對結果有太大的改變。最后，金屬材料的橫向拉伸強度會隨著壓力的增大呈現出先增后減的趨勢，壓力在3MPa～7MPa之間，金屬材料的橫向拉伸強度會隨壓力的增加而增加，而當壓力在7MPa～9MPa之間，橫向拉伸強度則會隨著壓力的增加而降低，因此，壓力對金屬材料拉伸性能的影響是雙面的，在加工過程中應當根據需要進行合理的控制。

2.2 拉伸速度對金屬材料拉伸性能的影響

在金屬材料的內部往往存在著位錯等晶體缺陷，而在常溫狀態下，金屬材料拉伸性能主要呈現在彈性變形階段與塑性變形階段。其中金屬材料的塑性變形主要依靠位錯方式來完成，一旦外力作用超過滑移的臨界值，便會導致向晶向和晶面運動，而在運動過程中會產生相應的運動速度，這就導致金屬材料在拉伸過程中，抗拉強度會隨著拉伸速度的提高而升高。此外，金屬材料在拉伸過程中，拉伸時間會存在一定的滯后性，若在低的拉伸速度下，金屬材料可以承受200kN拉力，一旦拉伸的速度提高，同樣給予金屬材料200kN拉力，則會因位錯密度遠遠高于在低的拉伸速度下狀態，而導致金屬材料斷裂，因而拉伸速度的提高會大幅度降低金屬材料的斷后伸長率，并在達到臨界值后呈現趨緩下降趨勢。

2.3 試樣加工對金屬材料拉伸性能的影響

樣坯切取和試樣制備作為試樣加工的兩大重要環節，其中取樣方向、位置、方法以及試樣形狀、尺寸、制備方法的不同，均會對金屬材料拉伸性能產生一定的影響。具體影響主要表現為如下幾個方面：首先，在和軋制方向相同的部位取樣，能夠增加金屬材料的抗拉強度和屈服強度，提高金屬材料拉伸性能，次之45°方向取樣，而在和軋制方向垂直的部位取樣金屬材料的拉伸性能最差。其次，由于受組織結構、化學成分等不均勻性因素的影響，會使金屬材料不同部位的力學性能出現一定的差異。以H型鋼為例，腹板和翼緣的拉伸性能就存在很大的差別，通常對于翼緣寬度超過200mm的H型鋼，應當在翼緣1/3處進行切取取樣。最后，試樣的制備方法包含很多種，如：冷剪法、砂輪片切割法、機械加工法以及火焰切割法等，但無論運用哪種方法，在操作過程中均應避免受熱不均、加工硬化以及變形等不良現象的產生，保證金屬材料的力學特性，增強其拉伸性能。

3 結束語

綜上所述，在金屬材料的加工過程中，無論是加工條件、拉伸速度還是試樣加工均會對金屬材料拉伸性能產生一定的影響，使其抗拉強度、斷后伸長率以及橫向拉伸強度發生相應的改變。因此，這就要求相關工作人員在工作實踐中，應當充分了解并把握金屬材料的特殊性質，并增強加工對金屬材料拉伸性能影響問題的重視程度，從而逐步提高加工工藝，促使金屬材料外觀以及拉伸性能的切實提高。

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作者簡介：申志敏（1984-），女，山東陽信人，本科，助教，研究方向：材料成型及控制工程。