拉伸速率對薄鈦板拉伸性能的影響探討

蘇亞寧?劉海金?王瑞明?劉麗梅?付迎?李金梅

摘要：通過控制不同拉伸速率對薄鈦板試樣進行室溫拉伸試驗，測定出該材料的力學性能，比較分析拉伸速率對試驗結果的影響。試驗結果表明，拉伸速率對薄鈦板力學性能的測定具有一定的影響，對屈服強度的影響較大，對抗拉強度的影響不明顯。

關鍵詞：薄鈦板;力學性能;屈服強度;抗拉強度

簡介：

在薄鈦板的拉伸性能影響因素測試過程中，由于設備、操作人員的不同對同一樣品在相同條件下，試驗結果產生較大的差異，甚至在設備、試驗人員相同的條件下，對同一樣品在相同條件下，由于操作上的一些細節差異，也可能使試驗結果產生較大差異。

工業生產中，屈服強度[1]是合理設計金屬構件并使之符合實際功用的重要參數，也是保證產品數據可靠性的依據之一。而標準GB/T228.1-2010中給出的拉伸速率控制范圍比較寬，沒有薄板厚度與拉伸速率之間的明確對應關系，在實際試驗時選擇拉伸速率的差異容易對試驗結果產生影響，甚至造成試驗結果不滿足標準要求。

基于引伸計反饋的應變速率控制模式，首先消除了試驗機系統柔度，同時消除了不同試樣尺寸、不同試驗機、不同實驗室的影響，使試驗數據具有可比性。同時這樣通過限定對試驗結果有較大影響的因素可提高試驗結果的復現性。但是此方法首先對于操作者的要求比較高[2]，要能靈活的應對試驗中出現的突發事件;其次相比其他試驗速率控制模式，此方法在更換引伸計相對會降低試驗速率，最后對于有屈服點或者出現不連續屈服的材料而言，不能使用此方法。而目前檢測實驗室一般都是采用橫梁位移應變速率控制模式。此方法簡單快捷、易操作，對于大批量的檢測非常實用。為了使此方式控制模式與基于引伸計反饋的應變速率控制模式相似，同時最終試驗數據具有可比性，標準中規定了利用試驗機的剛度修正橫梁位移速率。因此，使得這兩種控制模式發生沖突。試驗標準中提到“隨著力值的增加，試驗機的柔度可能會導致實際的應變速率明顯低于應變速率的設定值”，其中也未給出明確的態度。到底這兩種控制模式對實驗結果有多大的影響，相關專業人士意見也未統一。

一、試驗方法及過程

在常規檢測實驗室，金屬材料強度的檢測非常常見。影響拉伸實驗結果的影響因素很多，其中拉伸速率就是其中比較重要的影響因素[8]。對于拉伸標樣，采用不同的拉伸速率，可以得到不同的數據。為了在不同試驗室，不同試驗機上測得的試驗數據具有可比性，限制試驗速率非常必要。故根據標準GB/T228.1-2010中相關規定，采用橫梁位移應變速率控制模式，在電子萬能試驗機上做拉伸試驗。

選擇在同一塊薄鈦板上截取100支拉伸試樣，每個速率拉10支試樣。選用微機控制電子萬能試驗機，用Extensometer FINAL INSPECTION Model Number：1034.25F-54引伸計精確測定屈服階段的數值。

二、試驗結果及分析

根據上述試驗方法，測得的一批數據平均值見表2，單個力學性能見附錄。

不同的拉伸速率對力學性能有一定的影響。屈服強度和抗拉強度隨著拉伸速率的提高而上升，延伸率隨拉伸速率的提高基本保持不變。拉伸速率在小于0.0001mm-1范圍隨速度的增大屈服強度變化不明顯，從試驗的方差可以看出拉伸速率在大于0.0001mm-1時方差明顯變大，平均屈服強度提高了33Mpa，抗拉強度提高了17Mpa。

通過計算不同拉伸速率下實驗結果的標準差，屈服前試驗速率在小于0.00015mm-1時數據離散性較小，屈服后試驗速率在小于0.007mm-1時數據離散性較小，從而確定試驗速率的上限，如在實驗過程中試驗速率過慢，雖然實驗結果離散性較小，但試驗效率太低。結合實踐經驗屈服前在試驗速率大于0.00006mm-1時，屈服后在試驗速率大于0.004mm-1時試驗效率較高。因此最終確定鈦板屈服前拉伸速率為0.00006mm-1～0.00015mm-1，屈服后拉伸速率為0.007mm-1～0.004mm-1，試驗結果對延伸率影響不大。

三、試驗結論

（1）拉伸速率對薄鈦板力學性能的測定具有一定的影響，對屈服強度的影響較大，對抗拉強度的影響不明顯。

（2）鈦板屈服前拉伸速率為0.00006mm-1～0.00015mm-1，屈服后拉伸速率為0.007mm-1-0.004mm-1。

參考文獻：

[1]王彩梅，孫澤亞，李迎超，張建波，張桂明，陳偉波.金屬圓棒試樣室溫下高應變速率拉伸試驗淺析[J].理化檢驗（物理分冊），2019，（10）：676-679+685.

[2]尚燦.加工對金屬材料拉伸性能的影響初探[J].中小企業管理與科技（中旬? 刊），2019，（09）：149+151.

作者簡介：

蘇亞寧（1990-），男，本科，助理工程師，主要從事金屬材料的性能檢測。