許科華 張琴鳳 顧敏君 徐 玉 陳 煥

江蘇法爾勝材料分析測(cè)試有限公司（214433）

0 前言

在金屬材料性能測(cè)定工作中，拉伸是重要的測(cè)定手段，能夠?qū)Σ牧闲阅苓M(jìn)行科學(xué)合理的判斷。屈服強(qiáng)度是金屬材料性能的重要指標(biāo)之一，在一定程度上代表了材料的承載力。工作人員在生產(chǎn)活動(dòng)中也可以利用屈服強(qiáng)度在加工工藝與施工工藝之間的差異，來判斷施工工藝或者加工工藝是否正確。由此可見，分析測(cè)試方法對(duì)金屬材料屈服強(qiáng)度的影響具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 拉伸曲線中上下屈服點(diǎn)的確定

微機(jī)控制電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)是金屬材料屈服度試驗(yàn)中的重要設(shè)備，該設(shè)備的應(yīng)用使得拉伸曲線繪制工作變得更加簡(jiǎn)便，并且能夠及時(shí)顯示出金屬材料的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度等。結(jié)合金屬材料屈服強(qiáng)度的測(cè)試情況，同一批試驗(yàn)樣品的試驗(yàn)結(jié)果可能會(huì)出現(xiàn)較大差異。即便是不同樣品之間的離散性較大，但是很多誤差現(xiàn)象還是不合理的，因此工作人員要在試驗(yàn)中多加注意，提高試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

通過多次試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，屈服度差異較大的原因是電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)在尋找屈服點(diǎn)的過程中出現(xiàn)了誤差。在材料力學(xué)課本中對(duì)金屬材料屈服強(qiáng)度的定義是針對(duì)于金屬材料而言，所謂的屈服階段指的是金屬材料在試驗(yàn)中的最高、最低應(yīng)力，這個(gè)應(yīng)力值可以被看做是金屬材料的上、下屈服極限。具體而言，上屈服度指的是金屬材料樣品在試驗(yàn)中，因?yàn)榍Φ年P(guān)系，在第一次下降前展現(xiàn)的最高應(yīng)力；下屈服度指的是試樣在試驗(yàn)過程中，不計(jì)初始瞬時(shí)效應(yīng)時(shí)的最低應(yīng)力。這個(gè)初始瞬時(shí)效應(yīng)應(yīng)力是試樣在試驗(yàn)中，由上屈服度過渡到下屈服度時(shí)，不算初始瞬時(shí)效應(yīng)時(shí)發(fā)生的瞬時(shí)效應(yīng)，這一效應(yīng)還被稱為慣性效應(yīng)?？偟膩碚f，金屬材料的瞬時(shí)效應(yīng)與試樣的柔度、試樣屈服特性等多種因素有關(guān)。對(duì)金屬材料的瞬時(shí)效應(yīng)開展定量評(píng)定工作具有一定難度。在此過程中，初始瞬時(shí)效應(yīng)影響區(qū)為上屈服強(qiáng)度向下屈服強(qiáng)度過度時(shí)第一個(gè)下降谷區(qū)。想要有效避開該區(qū)域的影響，需要將第一個(gè)下降谷區(qū)的應(yīng)力排除，而后選擇最小應(yīng)力作為下屈服強(qiáng)度。如果金屬材料在此過程中只呈現(xiàn)出一個(gè)谷值，那么該谷值應(yīng)力變?yōu)橄虑?qiáng)度。但是在此過程中需要注意的是，這一定義可能與一般意義上的理解存在出入，最終造成誤判。如圖1所示，F(xiàn)eH為上屈服點(diǎn)，F(xiàn)eL為下屈服點(diǎn)。

圖1 上、下屈服點(diǎn)易混淆的拉伸曲線

在確定金屬材料的下屈服點(diǎn)時(shí)，屈服點(diǎn)往往會(huì)選擇A點(diǎn)。但是在實(shí)際的試驗(yàn)過程中，因?yàn)橐紤]到金屬材料初始瞬時(shí)效應(yīng)帶來的影響，應(yīng)該選擇圖中A點(diǎn)作為下屈服點(diǎn)。在此過程中需要注意，金屬材料下屈服強(qiáng)度一般小于真實(shí)值。在確定上屈服點(diǎn)時(shí)，應(yīng)選擇B點(diǎn)。在此過程中需要注意的是，這種情況下測(cè)量到的金屬材料下屈服度往往比真實(shí)數(shù)值大。在很多情況下，這種誤差導(dǎo)致結(jié)果的準(zhǔn)確度不高，不能作為參考數(shù)值。工作人員在實(shí)際操作過程中對(duì)金屬材料上下屈服度進(jìn)行判定時(shí)，要始終遵循相關(guān)原則。在判定屈服材料的過程中，工作人員要將材料的第一個(gè)峰值應(yīng)力作為上屈服強(qiáng)度，無(wú)論金屬材料在后續(xù)試驗(yàn)中的峰值應(yīng)力比第一峰值應(yīng)力大或者小。在測(cè)量金屬材料屈服強(qiáng)度的過程中，如果存在兩個(gè)及兩個(gè)以上的谷值應(yīng)力，工作人員要結(jié)合實(shí)際情況將第一個(gè)谷值應(yīng)力去除，選擇其他數(shù)值中的最小數(shù)值作為金屬材料的下屈服強(qiáng)度。在只能承受一個(gè)下降谷的情況下，可以將此谷值應(yīng)力判斷為下屈服強(qiáng)度。一旦在金屬材料屈服強(qiáng)度測(cè)量工作中出現(xiàn)了屈服平臺(tái)這一現(xiàn)象，工作人員要注意平臺(tái)應(yīng)力，此時(shí)的平臺(tái)應(yīng)力便是金屬材料的屈服平臺(tái)。通常情況下第一個(gè)平臺(tái)應(yīng)力便是金屬材料的下屈服強(qiáng)度。最終結(jié)果如果正確，金屬材料的上屈服強(qiáng)度一定要高于下屈服強(qiáng)度。

2 拉伸試驗(yàn)的控制方式

拉伸試驗(yàn)是測(cè)量金屬力學(xué)性能的重要方法之一。在金屬材料設(shè)計(jì)工作中，屈服強(qiáng)度是用來衡量承載力的重要標(biāo)準(zhǔn)之一。此外屈服強(qiáng)度還是金屬材料工藝性能、力學(xué)性能的大致度量。筆者根據(jù)自身工作經(jīng)驗(yàn)探究了拉伸實(shí)驗(yàn)控制方式。

2.1 控制方式的選取

在測(cè)定金屬材料的下屈服強(qiáng)度時(shí)，金屬材料會(huì)在屈服期間出現(xiàn)較大的塑性延伸現(xiàn)象，但是這種應(yīng)力不是一種單向增加的過程，而是一種上下波動(dòng)的過程。為了能夠達(dá)到相關(guān)應(yīng)力速率，試驗(yàn)機(jī)橫梁移動(dòng)速度會(huì)發(fā)生相應(yīng)的波動(dòng)，最終導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果不準(zhǔn)確。在極端情況下，試驗(yàn)機(jī)甚至可能會(huì)失控，進(jìn)而發(fā)生危險(xiǎn)事故。如果將該實(shí)驗(yàn)過程中的試驗(yàn)力、橫梁移動(dòng)速度、位移曲線等畫在同一曲面上，可以清楚地看到橫梁移動(dòng)速度在不同時(shí)期產(chǎn)生的變化。通常情況下，在金屬材料的彈性階段，橫梁移動(dòng)的速度都較為平穩(wěn)；但是在金屬材料的屈服階段，橫梁移動(dòng)速度會(huì)隨之變大。尤其是在塑性階段，橫梁移動(dòng)速度會(huì)愈發(fā)增大，直到后期越來越大。此時(shí)，為了試驗(yàn)安全，需要合理調(diào)整應(yīng)力速率，以免發(fā)生預(yù)料之外的事情。

2.2 拉伸速率的選擇

根據(jù)國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，如果只是為了測(cè)量金屬材料的屈服強(qiáng)度，在金屬材料試樣平行長(zhǎng)度的屈服期間，其應(yīng)變速率應(yīng)該盡量選擇在0.00025/S～0.0025/S之間，以提高應(yīng)變速率的穩(wěn)定性。國(guó)家相關(guān)規(guī)定對(duì)試驗(yàn)速率范圍的限定還是較為寬泛的。但是不少試驗(yàn)因?yàn)槭艿蕉喾N因素的影響，實(shí)驗(yàn)速率往往會(huì)超出規(guī)定范圍。對(duì)金屬材料尤其是低碳鋼這種材料，在試驗(yàn)活動(dòng)中明顯可以看出，其屈服強(qiáng)度會(huì)因?yàn)樵囼?yàn)速率的影響而產(chǎn)生較大的變化。

3 結(jié)語(yǔ)

在試驗(yàn)中，首先應(yīng)該對(duì)電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)測(cè)量的拉伸曲線進(jìn)行分析，根據(jù)實(shí)際情況分析出金屬材料的屈服點(diǎn)。工作人員一定不能盲目信任程序自動(dòng)得到的數(shù)據(jù)，并且還要根據(jù)試驗(yàn)的實(shí)際情況選擇科學(xué)合理的控制方式。試驗(yàn)速率會(huì)在很大程度上對(duì)屈服強(qiáng)度造成影響，因此，工作人員應(yīng)在同一速率下對(duì)比金屬材料的屈服強(qiáng)度，為金屬材料的后期應(yīng)用提供強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支撐。