金屬材料拉伸試驗(yàn) 物理性能測(cè)試

金屬材料拉伸試驗(yàn)

　　通過(guò)對(duì)拉伸試驗(yàn)數(shù)據(jù)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(jié)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金屬材料的拉伸性能。在實(shí)際檢測(cè)工作中應(yīng)正確認(rèn)識(shí)這些因素對(duì)拉伸試驗(yàn)結(jié)果的影響。

　　1、概述拉伸試驗(yàn)可以測(cè)定金屬材料在單向靜拉伸條件下的基本力學(xué)性能指標(biāo)，如彈性模量、泊松比、屈服強(qiáng)度、規(guī)定塑性延伸強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、斷后伸長(zhǎng)率、斷面收縮率、應(yīng)變硬化指數(shù)和塑性應(yīng)變比等。

　　力學(xué)性能試驗(yàn)是對(duì)金屬材料的各種力學(xué)性能指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定的一門(mén)實(shí)驗(yàn)學(xué)科，其測(cè)定的對(duì)象被稱(chēng)為試樣。金屬材料的力學(xué)性能指標(biāo)是通過(guò)對(duì)試樣進(jìn)行試驗(yàn)獲得的。所謂試樣，就是經(jīng)機(jī)加工或未經(jīng)機(jī)加工后具有合格尺寸且滿(mǎn)足試驗(yàn)要求狀態(tài)的樣坯。很多力學(xué)性能試驗(yàn)都帶有破壞性，不可能將一批材料都作為試樣進(jìn)行試驗(yàn)來(lái)評(píng)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(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)的結(jié)果對(duì)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(zhǔn)確評(píng)定材料性能的重要環(huán)節(jié)。

　　筆者通過(guò)日常檢測(cè)中大量拉伸試驗(yàn)數(shù)據(jù)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(yàn)精度提供參考。

　　2、拉伸試樣試驗(yàn)表明，所用試樣的形狀和尺寸及加工質(zhì)量對(duì)其性能測(cè)試結(jié)果有一定影響。為了測(cè)定金屬材料或緊固件的拉伸性能，根據(jù)GB/T3098.1-2010《緊固件機(jī)械性能 螺栓、螺釘和螺柱》標(biāo)準(zhǔn)，并使金屬材料拉伸試驗(yàn)的結(jié)果具有可比性與符合性，拉伸試樣的取樣和制作，應(yīng)遵照金屬材料力學(xué)及工藝性能取樣規(guī)定，如產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或供需雙方協(xié)議另有規(guī)定，應(yīng)按其規(guī)定執(zhí)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(yàn)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(jī)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(yàn)，如螺栓楔負(fù)載拉力試驗(yàn)、保證載荷試驗(yàn)等可不經(jīng)機(jī)加工而進(jìn)行試驗(yàn)。但試樣拉力試驗(yàn)檢測(cè)項(xiàng)目：抗拉強(qiáng)度(Rm)、下屈服強(qiáng)度(ReL)或規(guī)定塑性延伸強(qiáng)度(Rp0.2)、斷后伸長(zhǎng)率(A)和斷面收縮率(Z)則應(yīng)進(jìn)行機(jī)加工。取樣部位、取樣方向和取樣數(shù)量是對(duì)緊固件性能試驗(yàn)結(jié)果影響較大的三個(gè)因素。應(yīng)在外觀及尺寸合格的長(zhǎng)品上切取樣坯，符合GB/T2975-1998《鋼及鋼產(chǎn)品力學(xué)性能試驗(yàn)取樣位置及試樣制備》規(guī)定，取樣時(shí)應(yīng)對(duì)抽樣產(chǎn)品、材料、樣坯及試樣作出標(biāo)記，以保證始終能識(shí)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(jī)械加工法等。試樣在機(jī)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(dāng)，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(yīng)符合規(guī)定的要求，表面不應(yīng)有顯著的橫向刀痕、磨痕或機(jī)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(cè)得的拉伸試驗(yàn)結(jié)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(duì)于緊固件產(chǎn)品其中心處的抗拉強(qiáng)度，要低于其1/4直徑處的抗拉強(qiáng)度。其中6.8級(jí)M42螺栓相差22 MPa，約為中心處抗拉強(qiáng)度的3.39%;6.8級(jí)M64螺栓相差19 MPa，約為中心處抗拉強(qiáng)度的3.25%。對(duì)于8.8級(jí)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(duì)試驗(yàn)結(jié)果有著不可忽視的影響。

　　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(jié)構(gòu)、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(xiàn)差異。按照GB/2975-1998《鋼及鋼產(chǎn)品力學(xué)性能試驗(yàn)取樣位置及試樣制備》規(guī)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(yàn)機(jī)能力允許，應(yīng)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(hào)

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

　　5、 結(jié)束語(yǔ)通過(guò)以上分析可以發(fā)現(xiàn)

　　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金屬材料或緊固件的拉伸性能。因此，在實(shí)際檢測(cè)工作中應(yīng)正確認(rèn)識(shí)這些因素對(duì)拉伸試驗(yàn)結(jié)果的影響，拉伸試驗(yàn)前應(yīng)選擇正確的取樣部位和取樣方向，加工成規(guī)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(yīng)盡可能提高試樣的加工精度。