楊 麗，韓 超，張 冰，田曉龍，吳海旭

(遼寧忠旺集團(tuán)有限公司，遼寧 遼陽 111003)

近年來，隨著我國軌道交通工程建設(shè)的快速發(fā)展，市場對軌道交通車輛鋁材的需求越來越大[1-2]。6005A鋁合金屬Al-Mg-Si系鋁合金，具有中等強(qiáng)度、擠壓性好、耐蝕性良好等特點(diǎn)，適于制造軌道交通車體主體結(jié)構(gòu)用的復(fù)雜截面多孔中空型材[31]。力學(xué)性能作為判定6005A T6鋁合金材料合格與否的最重要理化性能之一，一般皆通過室溫拉伸實(shí)驗(yàn)方法測得。室溫拉伸實(shí)驗(yàn)測定的力學(xué)性能指標(biāo)，一方面可以作為評定鋁合金材料和優(yōu)選工藝的依據(jù)，對生產(chǎn)實(shí)際具有重要的指導(dǎo)意義；另一方面，室溫拉伸實(shí)驗(yàn)可以揭示材料基本力學(xué)行為規(guī)律，是研究材料力學(xué)性能的基本實(shí)驗(yàn)方法[4-5]。GB/T 228.1—2010是目前我國鋁合金材料室溫拉伸實(shí)驗(yàn)常采用的標(biāo)準(zhǔn)方法。

本文以6005A T6鋁合金為對象，分別采用應(yīng)力、應(yīng)變和橫梁位移控制方式進(jìn)行室溫拉伸實(shí)驗(yàn)，對比了不同控制方式下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得出了較為理想的實(shí)驗(yàn)控制方法。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)選用公司生產(chǎn)的某型號(hào)鋁合金型材產(chǎn)品，其化學(xué)成分見表1，取樣位置見圖1。沿?cái)D壓方向(縱向)加工成室溫拉伸試樣(見圖2)，平行部分長度為40 mm。

表1 試樣化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

圖1 產(chǎn)品形狀及取樣位置Fig.1 Product shape and sampling position

圖2 試樣加工圖紙F(tuán)ig.2 Drawing of processing sample

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

日本島津公司的AG-X 100KN電子萬能試驗(yàn)機(jī)，測量分辨率0.01N；0.5級全自動(dòng)引伸計(jì)。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

分別采用應(yīng)變-應(yīng)變控制、應(yīng)變-行程控制、應(yīng)力-應(yīng)變控制和應(yīng)力-行程控制四種控制方式，每種控制方式做三組實(shí)驗(yàn)，每組實(shí)驗(yàn)做3根試樣，最后取3根試樣實(shí)驗(yàn)結(jié)果的平均值作為最終的測試結(jié)果進(jìn)行對比分析。其中，應(yīng)變速率和橫梁位移速率的轉(zhuǎn)換公式為：橫梁位移速率=應(yīng)變速率×試樣的平行長度。實(shí)驗(yàn)方法詳見表2。

2 結(jié)果與討論

不同控制方式下的室溫拉伸實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3。圖3為方法一、方法二中每組實(shí)驗(yàn)平均屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度直觀對比圖，圖4為方法三、方法四中每組實(shí)驗(yàn)平均屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度直觀對比圖。

表2 實(shí)驗(yàn)方法

表3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果(平均值)

圖3 方法一、二中每組平均屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度對比Fig.3 Comparison of average yield strength and tensile strength of each group in method 1 and 2

由圖3、圖4可以看出，方法一與方法二中，相對應(yīng)的3組實(shí)驗(yàn)結(jié)果的屈服強(qiáng)度最大相差8 MPa，最小相差2 MPa；抗拉強(qiáng)度最大相差5 MPa，最小相差0。方法三與方法四中，相對應(yīng)的3組實(shí)驗(yàn)結(jié)果：屈服強(qiáng)度的最大相差9 MPa，最小相差0；抗拉強(qiáng)度的最大相差4 MPa，最小相差0。

圖4 方法三、四中每組平均屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度對比Fig.4 Comparison between average yield strength and tensile strength of each group in method 3 and 4

方法一與方法二在第一階段均使用相同的應(yīng)變速率進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，所測得的屈服強(qiáng)度存在一定的誤差；第二階段分別使用應(yīng)變速率和應(yīng)變速率等效轉(zhuǎn)換成的橫梁位移速率控制進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，所測得的抗拉強(qiáng)度比較接近。同理，方法三與方法四所測得的屈服強(qiáng)度也存在一定的誤差，所測得的抗拉強(qiáng)度也比較接近。

因四種實(shí)驗(yàn)方法中所測得的屈服強(qiáng)度均存在一定的誤差，故不能單純以實(shí)驗(yàn)結(jié)果來篩選理想的實(shí)驗(yàn)方法。因此，在滿足國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 228.1—2010的前提下，結(jié)合生產(chǎn)中檢驗(yàn)的實(shí)際情況，下面從實(shí)驗(yàn)效率(即實(shí)驗(yàn)用時(shí)長短)、對設(shè)備(引伸計(jì))的損耗情況和曲線的完整性三方面對本次實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行討論分析。

四種實(shí)驗(yàn)方法中，綜合考慮每種方法的第3組實(shí)驗(yàn)都是相對速率最快的，因此實(shí)驗(yàn)過程用時(shí)也相應(yīng)最短的。圖5～圖7分別為四種控制方法中用時(shí)最短的第3組實(shí)驗(yàn)時(shí)間-載荷曲線對比圖。

由圖5、圖6可知，方法一與方法二在第一階段(應(yīng)變速率控制)轉(zhuǎn)換到第二階段(應(yīng)變速率控制和橫梁位移速率控制)時(shí)，時(shí)間-載荷曲線上出現(xiàn)不連續(xù)性，而方法三與方法四在第一階段(應(yīng)力速率控制)轉(zhuǎn)換成第二階段(應(yīng)變速率控制和橫梁位移速率控制)時(shí)，時(shí)間-載荷曲線上沒有出現(xiàn)不連續(xù)性，并且曲線比較平滑、完整。同時(shí)可以看出，方法一與方法二所用的實(shí)驗(yàn)時(shí)間基本相近；方法三與方法四所用的實(shí)驗(yàn)時(shí)間基本相近。

圖5 方法一、二中第3組實(shí)驗(yàn)曲線對比Fig.5 Comparison of test curves between third sets of method 1 and 2

圖6 方法三、四中第3組實(shí)驗(yàn)曲線對比Fig.6 Comparison of test curves between third sets of method 3 and 4

圖7 方法二、四中第3組實(shí)驗(yàn)曲線對比Fig.7 Comparison of test curves between third sets of method 1 and 4

由圖7可知，方法四所用的實(shí)驗(yàn)時(shí)間比方法二所用的時(shí)間短。

此外，方法一與方法三在實(shí)驗(yàn)的過程中，需要全程加載引伸計(jì)來輔助完成，在試樣拉斷時(shí)，對引伸計(jì)有一定的損耗影響。而方法二和方法四，只有在第一階段應(yīng)變速率控制和應(yīng)力速率控制時(shí)需要加載引伸計(jì)，而第二階段則通過橫梁位移速率控制來完成，不需要加載引伸計(jì)，因此對引伸計(jì)幾乎無損耗影響，或明顯好于方法一與方法三。

3 結(jié)論

實(shí)驗(yàn)在不考慮實(shí)驗(yàn)機(jī)柔度的前提下進(jìn)行，四種實(shí)驗(yàn)方法均滿足國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 228.1—2010要求，綜合考慮實(shí)驗(yàn)結(jié)果、實(shí)驗(yàn)效率(實(shí)驗(yàn)用時(shí)長短)、實(shí)驗(yàn)設(shè)備(引伸計(jì))損耗和實(shí)驗(yàn)曲線的連續(xù)性等因素，推薦采用方法四，即應(yīng)力-行程控制方法進(jìn)行6005A T6鋁合金室溫拉伸實(shí)驗(yàn)。