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本文總結(jié)了試驗溫度效應(yīng)、加載速率效應(yīng)、試驗條件及試樣工藝效應(yīng)、偏心效應(yīng)和試驗剛度對材料拉伸試驗強度的影響。從應(yīng)力分析和變形能的角度對影響材料拉伸試驗強度的主要技術(shù)因素進行了力學(xué)分析,給出了獲取試驗準確數(shù)據(jù)的若干建議。
[關(guān)鍵詞] 拉伸試驗 屈服強度 抗拉強度
屈服強度σs、抗拉強度σb等參數(shù)是金屬材料zui富代表性的力學(xué)性能指標，是工程設(shè)計、機械制造的主要依據(jù)，這類力學(xué)性能指標的分析和研究對于從事基礎(chǔ)理論研究和分析工程事故具有非常重要的意義。
試驗測試是獲取材料的強度等力學(xué)性能指標的可靠方法。例如可拉伸、壓縮、彎曲試驗的方法等等。其中，拉伸試驗方法是檢驗材料力學(xué)性能的一種zui重要、zui有效和zui常用方法。但是，要準確地測得材料的拉伸性能，應(yīng)有技術(shù)先進、功能齊全、質(zhì)量可靠的試驗機，同時還必須正確掌握試驗方法，排除各種不利的因素，否則處理不當，就會引入很大的誤差。本文探討試驗機技術(shù)狀態(tài)、試驗條件和測試技術(shù)等相關(guān)的技術(shù)因素對材料拉伸試驗強度的影響。
1 影響材料拉伸試驗強度的因素
金屬材料的屈服強度σs是材料塑性變形開始時單位面積上所需的zui低載荷，它標志著金屬材料對于起始微量塑性變形的抗力。σs值對不同的金屬材料表現(xiàn)的敏感程度不同，例如退火低碳鋼、不銹鋼出現(xiàn)鋸齒狀平臺，而高碳鋼僅出現(xiàn)明顯的拐點。大多數(shù)的合金鋼、高溫合金、鋁合金、鎂合金、鑄鐵等則無明顯的屈服現(xiàn)象。為了表示不同金屬材料對微量塑性變形的抗力和比較試驗結(jié)果，規(guī)定塑性變形為某標準長度(試樣標距)的0.2%時的應(yīng)力，用σ0.2表示，稱為條件屈服強度；抗拉強度σb則反映了材料抵抗大塑性變形和斷裂破壞的能力。材料的強度是材料本身固有的屬性，但度量材料強度的指標如σs和σb等指標受諸多技術(shù)因素影響，實質(zhì)上即為材料的“試驗強度”，主要涉及到試驗機技術(shù)狀態(tài)、試驗條件和測試技術(shù)，包括試驗溫度、加載速度、應(yīng)力狀態(tài)、介質(zhì)環(huán)境、試驗剛度、試驗機示值超差、測試方法等。本文基于長期的強度測試實踐和已有的研究成果，將其歸納為拉伸試驗強度的試驗溫度效應(yīng)、加載速率效應(yīng)、試驗條件及試樣工藝效應(yīng)、偏心效應(yīng)和試驗剛度效應(yīng)。現(xiàn)分述如下：
1.1 溫度效應(yīng) 隨著試驗溫度的升高, 金屬材料的 σs (σ0.2)顯著降低。例如低碳鋼材料，隨著試驗溫度升高，其屈服強度σs相應(yīng)降低且屈服平臺的長度逐漸縮短，直至某一溫度屈服平臺消失，σs不復(fù)存在；由于溫度升高使材料的晶界由硬、脆轉(zhuǎn)變?yōu)檐洝⑷?使其抗力降低，因此，材料的σb在宏觀上也隨試驗溫度的變化而改變。
1.2 加載速率效應(yīng) 材料的屈服點隨加載速率的增大而提高；室溫條件下，拉伸速度對強度較高的
金屬材料的σb 無影響，而對強度較低的、塑性好的金屬材料有微小的影響。拉伸時加載速率增大，σb有增高的趨勢。在高溫下，拉伸加載速率對σb有顯著的影響。
1.3 試驗條件及試樣工藝效應(yīng) 金屬材料處于有害的介質(zhì)環(huán)境時,試樣的屈服點降低。試樣的表面粗糙度對屈服點也有影響,特別是對塑性較差的金屬材料有較大的影響,有使屈服點降低的趨勢。
）1.4 偏心效應(yīng) 由于試驗機的加載軸線與試樣的幾何中心不一致，所以嚴格的軸向荷載（圖1（a）
是很難獲得的，這就造成了試驗機偏心加載、產(chǎn)生彎曲而引入測試誤差。考慮同軸度的影響，試樣受拉變形的簡化力學(xué)模型如圖1（b）所示。其中，幾何同軸度為e、力的同軸度為a。
1.5 試驗剛度效應(yīng) 在材料的拉伸試驗中，試驗系統(tǒng)可視為試驗機機身、夾具-加載系統(tǒng)和試樣三部分構(gòu)成的“可變形的試驗系統(tǒng)”。顯然，試驗機機身的剛度km、夾具-加載系統(tǒng)的剛度ks和受拉試樣的抗拉剛度EA共同構(gòu)成了“試驗系統(tǒng)”的剛度。所以，試驗機的彈性變形、夾具-加載系統(tǒng)的工作狀態(tài)和試樣本身的變形都會對試驗產(chǎn)生影響，即試驗剛度在一定程度上會影響試樣的試驗強度指標。在實踐中，不同剛度的試驗機實測對比結(jié)果也反映了試驗剛度對材料試驗強度的影響。
2 分析與討論
2.1 試驗溫度及加載速率的影響 已有的研究成果表明，試驗溫度及加載速率對材料拉伸試驗強度的影響是非常明顯的。
金屬材料試驗的加載速率對測試結(jié)果影響是明顯的，特別是在高速加載條件下還會產(chǎn)生升溫效應(yīng)，升溫速率與變形應(yīng)力及變形速率成正比。升溫可以引起各種效應(yīng)。金屬材料在拉伸或壓縮時，如果形變速度較高，應(yīng)變較大，可使樣品溫度升高50℃,局部更高，這對材料的力學(xué)性能將產(chǎn)生重要影響。
2.2 同軸度的影響 在理想的情況下，試樣受軸向拉伸其任一橫截面上的應(yīng)力為
P Aσ= （1）
其中：Ａ為試樣的橫截面面積。
影響簡單拉伸試驗結(jié)果的因素很多，只有在相同試驗條件下的試驗結(jié)果才有比較意義。而且，在簡單拉伸試驗中常常會試驗溫度效應(yīng)、加載速率效應(yīng)、試驗條件及試樣工藝效應(yīng)、偏心效應(yīng)和試驗剛度效應(yīng)等因素影響而引入一些附加的應(yīng)力，使材料的“試驗強度”要小于真實存在的強度。因此，只有通過認真分析、研究影響試驗結(jié)果的因素，才能獲得準確的試驗數(shù)據(jù)。
3.1 遵循規(guī)范、仔細操作、認真分析、將各種技術(shù)因素對材料試驗強度的影響zui小化 例如，在屈服點之前，試驗機兩夾頭的相對速率通常不大于原標距長度的8%/min；仲裁試驗時，要求試驗機兩夾頭的相對速率不大于原標距長度的2%/min等等。
3.2 使用符合要求的試樣，保證加載的對中度，盡量使用氣動或液壓夾具，減少偏心效應(yīng)的影響 在試驗前，要對材料試驗機同軸度進行測量，使其保持在規(guī)程允許的范圍之內(nèi)，以保證材料拉伸強度受材料試驗機同軸度的影響zui小。
試驗的剛度也與試樣的尺寸和材料彈性模量有關(guān) 因此，3.3 試驗剛度隨荷載P的增加而逐漸減小，試驗剛度是我們在設(shè)計和選用試驗機時不容忽視的一個重要問題。
公司主營拉力試驗機相關(guān)產(chǎn)品 備案號：滬ICP備10020847號-2
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