試樣加工對金屬材料拉伸性能的影響

李開濤

（山鋼集團日照有限公司生產部，山東 日照 276800）

對于較多金屬材料而言，其自身均具備較好的延展性，所以進行金屬試樣加工時，可以對檢測金屬材料的拉伸性能，通過具體的拉伸試驗，了解金屬材料的延長性、拉伸強度、屈服強度、彈性模量、屈服點以及面積縮減量等，但在金屬材料試驗過程中，會有較多對其拉伸性能產生影響的因素，本文針對試樣加工對金屬材料拉伸性能的影響進行分析，找出試樣加工對其性能影響的關鍵點，進而針對性的加以消除，從而有效提升金屬材料加工質量，具體如下。

1 金屬材料性質

所謂的金屬材料，其主要表示的是由金屬元素或者以金屬元素為主構成的具備金屬性質的材料的統稱，其涵蓋的類型較多，包括金屬材料金屬間化合物、純金屬、合金以及特種金屬等[1]。通常情況下，金屬材料加工環節，其組織會受到響應影響最終發生改變，隨意，對金屬材料性質進行了解，能夠進一步提升加工質量，一般來講，金屬材料性質在以下方面有所體現：首先，疲勞。存在許多金屬材料，包括機械零件以及工程構件等，實際工作環節，會承受相應的交變載荷，而交變載荷的存在會對金屬材料產生影響，雖然金屬材料自身存在的屈服極限會遠在應力水平之上，不過在長時間的應力作用下，最終也會使金屬材料發生斷裂等不良的情況，這種情況則被稱為金屬材料的疲勞，這種斷裂形式較為常見，并且也是最危險的一種。其次，硬度。對于硬度而言，其主要表示的是金屬材料在面對其他物質擠壓時其表面產生的抵抗能力，其是一種較為重要的指標，根據這一指標，能夠很好的考量金屬材料的自身性能情況，金屬材料的硬度是起始與繼續塑性變形抗力的工作作用產生的結果，通常，金屬材料的耐磨性與硬度息息相關，可以這樣認為，其硬度越高[2]，相應的耐磨性也會越好。最后，塑性。基于載荷作用下，金屬材料在變形的情況下不被破壞，這一能力就是金屬材料的塑性，通常來講，其塑性越好，其所承受的塑性變形范圍也就越大，同時，塑性變形環節通過強化金屬材料的強度，能夠有效提升金屬材料的安全性，延長其使用時間。

2 試樣加工對金屬材料拉伸性能的影響

本文為有效研究試樣加工對金屬材料拉伸性能的影響情況，選擇Q235B以及Q345B兩種鋼板，將其作為試驗對象進行試驗研究，從取樣方向、取樣位置、試樣加工等方向入手，做出詳細的試驗研究，具體如下。

2.1 取樣方向的影響

通常情況下，金屬材料取樣共包括三個方向：第一為橫向，第二為縱向，第三為45°方向，其中，橫向取樣主要表示的是從與軋制方向相垂直的方向進行取樣，縱向取樣是從與軋制方向相平行的方向進行取樣，而45°方向取樣，則是在軋制方向的45°方向進行取樣，三個取樣方向取樣后，樣坯均全部在正常室溫下，通過WAW-300B 試驗機進行拉伸試驗。結果如表1所示。

表1 取樣方向不同情況下金屬材料的力學性能指標

從表1數據中可以看出，不同取樣方向下，兩種鋼板獲得的各拉伸性能值存在一定不同，其中，抗拉強度與屈服強度并沒有加大的差異，但斷后伸長率差異較大，Q235B 的不同方向取樣后的斷后伸長率分別為24.3%、45%、36%，Q345B的不同方向取樣后的斷后伸長率分別為20.1%、29.7%、34%，其中，橫向取樣斷后伸長率未滿足標準值技術要求，由此得出橫向取樣拉伸性能最差，縱向取樣拉伸性能最好，45°處于中間。一般而言，金屬材料生產環節會進行壓力性加工，從而是加工產品形成一個橫截面，進行壓力加工操作時，基于主變形方向，金屬材料的夾雜物以及晶粒會呈現出流動性排列狀態，形成金屬纖維組織，變形環節，晶粒會發生轉向，此時，纖維會具備一定的方向性，進而會使不同方向上的金屬材料存在較大的力學性能差異。由于金屬材料主要形成橫截面，所以，與軋制方向相平行的方向即縱向取樣，會存在較好的力學性能，而橫向取樣時，往往力學性能較差，因此，進行金屬材料取樣過程中，應盡可能選擇縱向取向，避免橫向取樣。

2.2 試樣尺寸的影響

在相關標準中，對圓形試樣與矩形試樣做出了規定，其中，圓形試樣共分為兩種，一種為12.5mm的標準試樣，另一種為非標準試樣，矩形試樣可以分為小尺寸試樣、12.7mm的寬薄片型試樣以及38.1mm寬板型試樣。試樣的理想狀態是其橫截面尺寸均勻一致，標距范圍內變形均勻一致。不過試樣實際加工環節，因為大局或者機床等方面的原因，會影響到標距范圍內的試樣直徑與寬度的均勻性以及一致性，會出現形狀偏差。通常產生以下幾種形狀偏差情況：第一，兩端大小不一致，一端大，一端小；第二，兩端小，中間大；第三，中間小，兩端大。其中，第一種偏差問題較為常見。拉伸強度指標公式如下所示。

開展實驗前，需要測量出多組數值，基于試驗標距范圍內，記錄最小值，使試樣斷裂面與測量部位盡量吻合。因為會存在較多影響因素，會使試樣斷裂部位與原始測量部位存在一定偏差，這種形狀公差會對拉伸試驗結果產生不良影響，將設置為試樣的寬度公差，得出原始尺寸的強度指標如公式2所示。

公式3表示，形狀公差造成的強度測量的相對誤差，從中可以看出，形狀公差的存在會影響到材料的拉伸性能，同時越小對產生的影響則會越大，從而可以看出，形狀公差對小尺寸試樣會存在更為明顯的影響，因此需要注重小尺寸試樣的形狀公差控制。

2.3 試樣形狀的影響

將同一金屬材料相同取樣部位的樣坯加工成尺寸相同的直條試樣以及開肩試樣各一組，對其進行對比拉伸試驗，試驗結果詳見表2。

表2 開肩試樣與直條試樣的拉伸試驗結果

從表2中可以看出，開肩試驗的屈服強度為376MPa，而直條試驗的屈服強度為370MPa，兩者相差6MPa，在抗拉強度上，開肩試驗為540 MPa，直條試驗為535 MPa ，兩者相差5MPa，在斷后伸長率方面，兩者差異較小，金屬產品檢驗過程中，通常以直條狀為主進行拉伸試驗，不過按照標準檢驗規定，最好選擇開肩試樣進行試驗。

3 改進試樣加工對金屬材料性能影響的策略

3.1 做好加工技術控制工作

若想降低試樣加工對金屬材料性能產生的不良影響，需要加大對于加工技術的控制工作，并選擇適合的加工技術，例如，打磨金屬時，需要科學選擇磨削工具，以免金屬材料表面受到嚴重的劃痕磨損，并且，也不會存在較多的殘留物，通過這種方式，確保金屬材料表面光滑。加工技術上需要科學選擇，確保選擇的切割工藝能夠良好與材料相匹配，從而保證加工準確性，減少損耗，提升效益。

3.2 合理選材

材料不同的情況下，其耐力與質量也會存在較大的差異，因此應做好材料選擇工作，進行合理選材，在刀具的選擇上，應保證刀具具備較快的速度，從而減小切割環節的摩擦力，使金屬材料具備較高的光滑度，并且盡可能的選擇硬度較大的材料，減少切割損耗的同時，提升切割質量。

3.3 樣坯切取應合理

拉伸試樣樣坯的切取方法有很多種，例如，冷剪法、機械加工法、砂輪片切割法以及火焰切割法等，不管應用何種方式，均需要防止材料受熱、變形及加工硬化，從而避免其力學性能受到影響，對樣坯進行切取時，需要留出足夠的機加工余量，從而將冷加工硬化或受熱部分完全去掉。

3.4 減少工件表面殘余應力

導致工件表面存在殘余應力的原因有較多，切削溫度是較為常見的原因。在溫度的不斷改變下[3]，金屬材料其中存在的殘余應力也會相應的發生變化。所以，如果想減少或消除其表面存在的殘余應力，需要盡可能的降低溫度，將切削冷卻液應用其中，需要根據材料情況加以選擇，一般而言鑄鋼材料選擇的是豆油或者硫化油，而鑄鐵選擇的是煤油。

4 結語

綜上所述，金屬材料加工過程中，取樣的方向、試樣尺寸以及試樣的形狀等均會對其拉伸性能產生較大的影響，因此需要格外注意，選擇科學、合理的方式進行金屬材料加工，減少試樣加工對金屬材料性能的不良影響，做好加工技術控制工作、合理選材、樣坯切取應合理、減少工件表面殘余應力，從而保證實際的加工效果,獲得更高的加工質量。