金屬材料拉伸試驗 物理性能測試

金屬材料拉伸試驗

　　通過(guò)對拉伸試驗數據進(jìn)行分析比較，從拉伸試樣、取樣部位、試樣尺寸幾方面分析了試樣與金屬材料拉伸性能的關(guān)系。結果表明，試樣形狀、試樣尺寸、制樣原則、取樣位置等不同程度地影響著(zhù)金屬材料的拉伸性能。在實(shí)際檢測工作中應正確認識這些因素對拉伸試驗結果的影響。

　　1、概述拉伸試驗可以測定金屬材料在單向靜拉伸條件下的基本力學(xué)性能指標，如彈性模量、泊松比、屈服強度、規定塑性延伸強度、抗拉強度、斷后伸長(cháng)率、斷面收縮率、應變硬化指數和塑性應變比等。

　　力學(xué)性能試驗是對金屬材料的各種力學(xué)性能指標進(jìn)行測定的一門(mén)實(shí)驗學(xué)科，其測定的對象被稱(chēng)為試樣。金屬材料的力學(xué)性能指標是通過(guò)對試樣進(jìn)行試驗獲得的。所謂試樣，就是經(jīng)機加工或未經(jīng)機加工后具有合格尺寸且滿(mǎn)足試驗要求狀態(tài)的樣坯。很多力學(xué)性能試驗都帶有破壞性，不可能將一批材料都作為試樣進(jìn)行試驗來(lái)評價(jià)該材料的質(zhì)量，而只能抽取一批材料中的一部分進(jìn)行試驗，根據試驗的結果對這批材料的質(zhì)量做出某種判斷。因此，試樣的真正意義在于它能代表所在的一批材料，這樣，正確取樣就成為了準確評定材料性能的重要環(huán)節。

　　筆者通過(guò)日常檢測中大量拉伸試驗數據進(jìn)行分析比較，研究了試樣加工與金屬材料和緊固件拉伸性能的關(guān)系，以為實(shí)際拉伸試樣的加工和提高拉伸試驗精度提供參考。

　　2、拉伸試樣試驗表明，所用試樣的形狀和尺寸及加工質(zhì)量對其性能測試結果有一定影響。為了測定金屬材料或緊固件的拉伸性能，根據GB/T3098.1-2010《緊固件機械性能 螺栓、螺釘和螺柱》標準，并使金屬材料拉伸試驗的結果具有可比性與符合性，拉伸試樣的取樣和制作，應遵照金屬材料力學(xué)及工藝性能取樣規定，如產(chǎn)品標準或供需雙方協(xié)議另有規定，應按其規定執行。

　　2.1試樣的形狀和尺寸

　　拉伸試樣的形狀與尺寸取決于被試驗的金屬材料產(chǎn)品的形狀與尺寸，可以為板材試樣、型材料試樣、棒材試樣、管材試樣、線(xiàn)材試樣及鑄件試樣等種類(lèi)。緊固件中的螺栓、螺釘和螺柱都是棒材或線(xiàn)材制造，加工的形狀為圓試樣，可以進(jìn)行機加工，也可以采用不經(jīng)加工的原材料圓截面試樣。

　　2.2 制樣原則

　　以緊固件為例通常以實(shí)物零件直接試驗，如螺栓楔負載拉力試驗、保證載荷試驗等可不經(jīng)機加工而進(jìn)行試驗。但試樣拉力試驗檢測項目：抗拉強度(Rm)、下屈服強度(ReL)或規定塑性延伸強度(Rp0.2)、斷后伸長(cháng)率(A)和斷面收縮率(Z)則應進(jìn)行機加工。取樣部位、取樣方向和取樣數量是對緊固件性能試驗結果影響較大的三個(gè)因素。應在外觀(guān)及尺寸合格的長(cháng)品上切取樣坯，符合GB/T2975-1998《鋼及鋼產(chǎn)品力學(xué)性能試驗取樣位置及試樣制備》規定，取樣時(shí)應對抽樣產(chǎn)品、材料、樣坯及試樣作出標記，以保證始終能識別取樣的位置和方向。

　　切取試樣的方法有很多，有冷剪法、火焰切割法、砂輪片切割法、機械加工法等。試樣在機加工過(guò)程中要防止冷變形或受熱而影響其力學(xué)性能，通常以切削加工為宜，進(jìn)刀深度要適當，并充分冷卻，特別是最后一道切削或磨削的深度不宜過(guò)大，以免影響性能。

　　另外，試樣的尺寸和表面粗糙度應符合規定的要求，表面不應有顯著(zhù)的橫向刀痕、磨痕或機械損傷、明顯的淬火變形或裂紋，以及其他可見(jiàn)的冶金缺陷。

　　3、 取樣位置以螺栓M42、M64為例

　　分別在其不同部位取縱向拉伸試樣，測得的拉伸試驗結果(均為8個(gè)試樣的平均值)如。

　　在產(chǎn)品的不同部位取樣，其拉伸性能存在差異。對于緊固件產(chǎn)品其中心處的抗拉強度，要低于其1/4直徑處的抗拉強度。其中6.8級M42螺栓相差22 MPa，約為中心處抗拉強度的3.39%;6.8級M64螺栓相差19 MPa，約為中心處抗拉強度的3.25%。對于8.8級螺栓不同取樣位置，其拉伸性能也存在差異?？梢?jiàn)，取樣部位對試驗結果有著(zhù)不可忽視的影響。

　　究其原因，由于金屬材料在熱加工及冷變形過(guò)程中，其化學(xué)成分、組織結構、冶金缺陷和加工變形分布不均，使得同一批、甚至同一產(chǎn)品的不同部位的力學(xué)性能出現差異。按照GB/2975-1998《鋼及鋼產(chǎn)品力學(xué)性能試驗取樣位置及試樣制備》規定，一般圓鋼拉伸試樣隨圓鋼直徑變化取樣位置不同，φ≤25mm時(shí)，從1/2直徑即中心處取樣;25mm<φ≤50mm時(shí)，在距圓截面表面12.5mm處取樣;φ>50mm時(shí)，在圓截面1/4直徑處取樣。

　　圓鋼取拉伸樣坯時(shí)，如試驗機能力允許，應盡可能取全截面做拉伸試樣，取樣方向均為縱向取樣。

　　4、 試樣尺寸圓形橫截面拉伸試樣的形狀尺寸及編號

　　拉伸試驗時(shí)，一般優(yōu)先選用短比例試樣，但要保證原始標距不小于15mm，否則，建議采用長(cháng)比例試樣或采用非比例試樣。

　　5、 結束語(yǔ)通過(guò)以上分析可以發(fā)現

　　拉伸試樣的取樣方向、取樣位置、取樣方法、試樣形狀、試樣尺寸及試樣制備方法等都有不同程度地影響著(zhù)金屬材料或緊固件的拉伸性能。因此，在實(shí)際檢測工作中應正確認識這些因素對拉伸試驗結果的影響，拉伸試驗前應選擇正確的取樣部位和取樣方向，加工成規定的圓截面試樣，并避免樣坯和試樣在取樣過(guò)程中受到熱影響和加工硬化影響，同時(shí)應盡可能提高試樣的加工精度。