余澤利，張浩，鄭曉斐，孫曉峰

（西部金屬材料股份有限公司理化檢驗(yàn)中心，陜西西安 710016）

對于不同的金屬材料，拉伸時(shí)表現(xiàn)出的物理現(xiàn)象和力學(xué)性能不盡相同，試驗(yàn)速率對性能的測定影響也不同。金屬材料性能指標(biāo)受速度的影響程度隨材料的不同而有所差異，因此拉伸試驗(yàn)應(yīng)嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法的規(guī)定速率范圍進(jìn)行，所測得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)才有較好的可比性。

拉伸試驗(yàn)速率控制有兩種方式，即應(yīng)變速率控制和應(yīng)力速率控制。根據(jù)GB/T228.1-2010《金屬材料拉伸試驗(yàn)第1部分：室溫試驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定，應(yīng)變速率控制主要包括橫梁位移速率控制和引伸計(jì)反饋控制這兩種方式。試驗(yàn)過程中，測量應(yīng)變速率敏感參數(shù)時(shí)，采用應(yīng)變速率控制方式，有助于減少測量結(jié)果的不確定度和試驗(yàn)速率的變化，因此金屬材料拉伸試驗(yàn)過程中通常采用應(yīng)變速率控制。

對于同一種標(biāo)準(zhǔn)試樣，采用不同的試驗(yàn)速率進(jìn)行試驗(yàn)，其力學(xué)性能可能出現(xiàn)屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和延伸率不合格的現(xiàn)象［1］；而對于不合格的試樣，如果試驗(yàn)速率過大，可能會導(dǎo)致屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度的提高，從而導(dǎo)致其力學(xué)性能合格，因此在金屬材料拉伸性能測試過程中試驗(yàn)速率的控制尤為重要［2］。

1 試驗(yàn)速率對鋼性能的影響

測試鋼性材料力學(xué)性能時(shí)，試驗(yàn)速率對測量結(jié)果影響很大。李忠民［3］等人通過對均勻性較好的Q235和40Si2MnV鋼材在不同試驗(yàn)速率下的力學(xué)性能進(jìn)行了研究，試驗(yàn)在同一根ψ12mm鋼筋上截取20個(gè)試樣，在室溫條件下進(jìn)行，結(jié)果表明，在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的試驗(yàn)速率范圍內(nèi)，隨著試驗(yàn)速率的提高，Q235的屈服點(diǎn)提高7.04%、抗拉強(qiáng)度提高1.80%，40Si2MnV的屈服點(diǎn)提高3.12%、抗拉強(qiáng)度提高1.18%。

李培芬［4］等人采用不同的試驗(yàn)速率對45鋼的抗拉強(qiáng)度和斷后伸長率進(jìn)行研究，實(shí)驗(yàn)采用經(jīng)850℃正火處理30min的45鋼，在(1.0-24)mm/min條件下進(jìn)行試驗(yàn)，隨著試驗(yàn)速率的增加，45鋼的抗拉強(qiáng)度逐漸增大，斷后伸長率不斷減小，當(dāng)試驗(yàn)速率增加到10mm/min后，斷后伸長率的減小速率和抗拉強(qiáng)度的增大速率均開始減小。

研究表明，對于鋼材力學(xué)性能測試，增大試驗(yàn)速率可以提高鋼材抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度、降低鋼材塑性。試驗(yàn)速率對強(qiáng)度高塑性差的鋼材(40Si2MnV)的強(qiáng)度影響較小，對強(qiáng)度低塑性好的鋼材(Q235)的強(qiáng)度影響較大。

2 試驗(yàn)速率對鋁合金性能的影響

李培芬［4］等通過測試LY12鋁合金在不同拉伸速率下的抗拉強(qiáng)度和斷后伸長率，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)拉伸速率由1mm/min增大到24mm/min時(shí)，LY12鋁合金的抗拉強(qiáng)度增加7.9MPa、斷后伸長率減小了2.1%，因此拉伸速率的提高會導(dǎo)致抗拉強(qiáng)度的提高和斷后伸長率的降低。

梁波［5］等人通過討論不同試驗(yàn)速率及試樣尺寸對鋁合金7050T74拉伸性能的影響，結(jié)果表明：控制試驗(yàn)速率為1mm/min至100mm/min時(shí)，試驗(yàn)速率對鋁合金7050T74的抗拉強(qiáng)度影響較小，對斷后伸長率影響較大，隨著試驗(yàn)速率的增大，斷后伸長率逐漸減小，并得出鋁合金材料拉伸試驗(yàn)速率控制為50mm/min時(shí)為宜。

張臻［6］等人研究了應(yīng)變速率對Al-Zn-Mg合金室溫拉伸性能的影響，結(jié)果表明，在應(yīng)變速率較低時(shí)，主要以韌性斷裂為主，隨著應(yīng)變速率增加，開始由韌性斷裂向脆性斷裂轉(zhuǎn)變，Al-Zn-Mg合金擠壓材沿拉伸方向變形明顯，且出現(xiàn)一些細(xì)小析出相，Al-Zn-Mg合金的極限抗拉強(qiáng)度略有增加，屈服強(qiáng)度增大，伸長率顯著下降。

研究表明，試驗(yàn)速率對鋁合金斷后伸長率影響較大，對抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度影響不大，試驗(yàn)速率過快，鋁合金塑性降低，可能導(dǎo)致測量結(jié)果不合格。

3 試驗(yàn)速率對鈦合金性能的影響

郝芳［7］等人研究了室溫拉伸測試過程中應(yīng)變速率對TA15鈦合金力學(xué)性能的影響，研究結(jié)果表明，在準(zhǔn)靜態(tài)(低試驗(yàn)速率)試驗(yàn)條件下，試驗(yàn)速率對TA15鈦合金材料的屈服強(qiáng)度影響較大，對材料的斷后伸長率、斷面收縮率和抗拉強(qiáng)度影響較小，隨著試驗(yàn)速率的增大，TA15鈦合金的屈服強(qiáng)度逐漸增大；在動(dòng)態(tài)試驗(yàn)條件下，試驗(yàn)速率對鈦合金屈服強(qiáng)度影響更加突出，屈服強(qiáng)度是準(zhǔn)靜態(tài)試驗(yàn)條件下的1.65倍。

4 試驗(yàn)速率對鎂合金性能的影響

王越［8］等人為了研究應(yīng)變速率對AZ31B變形鎂合金力學(xué)性能的影響，在應(yīng)變速率為(10-4～10-1)mm/mm/s，試驗(yàn)溫度為室溫條件下進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果表明，變形鎂合金AZ31B的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度隨著試驗(yàn)速率的增大逐漸增大，斷后延伸率隨著試驗(yàn)速率的增大卻逐漸減??；室溫條件下，AZ31B變形鎂合金的拉伸斷裂機(jī)制為韌脆性斷裂。

曹韓學(xué)［9］等人采用圓柱形試樣對不同應(yīng)變速率下AM60B鎂合金壓縮變形行為進(jìn)行了研究，結(jié)果表明：隨著試驗(yàn)速率的增加，鎂合金AM60B材料的塑性變形率不斷降低，流變應(yīng)力不斷增加。

5 結(jié)論

（1）增大試驗(yàn)速率可以提高鋼材抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度、降低鋼材塑性，試驗(yàn)速率對強(qiáng)度高塑性差的鋼材強(qiáng)度影響較小，對強(qiáng)度低塑性好的鋼材強(qiáng)度影響較大。

（2）試驗(yàn)速率對鋁合金和鎂合金材料的塑性影響較大，對強(qiáng)度影響較小，隨著試驗(yàn)速率的提高，抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度隨之提高，而延伸率卻逐漸減小。

（3）試驗(yàn)速率對鈦合金材料的屈服強(qiáng)度影響較大，對材料的斷后伸長率、斷面收縮率和抗拉強(qiáng)度影響較小，隨著試驗(yàn)速率的增大，鈦合金的屈服強(qiáng)度逐漸增大，在動(dòng)態(tài)試驗(yàn)條件下表現(xiàn)得更加突出。

（4）對于不同的金屬材料，試驗(yàn)速率對金屬材料力學(xué)性能的測定影響也不同，合理控制試驗(yàn)速率，有利于提高對金屬材料力學(xué)性能測試的準(zhǔn)確性。