试样因素对金属材料室温拉伸试验结果的影响

2013-09-07雷泽红陈慈辉

武汉工程职业技术学院学报 2013年3期

雷泽红陈慈辉

（1.武汉钢铁（集团）公司研究院湖北武汉：430080；2.武钢质检中心湖北武汉：430080）

0 引言

金属材料室温拉伸试验是获取力学性能指标最常用、最基本的手段，可得到强度指标（如抗拉强度和屈服强度）和塑性指标（如断后伸长率和应变硬化指数）等，是设计选材和判定金属材料性能优劣的重要依据。因此试验数据的准确性、结果的可靠性直接关系到对材质的判定。

试样是金属材料各种性能的载体，金属拉伸试验是通过对试样的准静态拉伸来获得其力学性能指标的，正确取样、制样是保证测量准确的基础。本文主要分析试样因素对金属材料室温拉伸试验结果的影响，并且提出了一定的控制措施，提高试验结果的可靠性，正确评定材料性能、质量。

1 影响金属材料室温拉伸试验的主要因素

金属材料受力后出现各种不同的物理现象，产生弹性变形、塑性变形直至断裂，涉及材料应力——应变关系的力学特征。金属材料室温拉伸试验的原理就是在室温下将试样置于试验机夹具内，以一定的速率给试样施以轴向拉伸载荷（一般拉至断裂），测出所需的一项或几项力学性能。

影响金属材料室温拉伸试验结果的有：试样测量仪器和设备的准确度、材料和试验参数（如拉伸速率、温度、试样的几何形状）等，国家标准 GB／T228—2010《金属材料室温拉伸试验》对此也做出了明确的规定。

2 试样因素对拉伸试验结果的影响

2.1 试验设备和试验标准

不同的试验标准对应不同试样尺寸，同时测量结果也会不尽相同，例如日标和美标的延伸率比欧标的高。本文根据国家标准GB／T228—2010《金属材料室温拉伸试验》进行拉伸试验，使用德国ZWICK产Z050万能材料试验机，试样尺寸按GB／T228—2010有关规定切取矩形试样［1］，试样厚度为原材料厚度，长270mm的条状试样，平行部位宽为20mm，测量长度为80mm，应变速率为0.002／s。

2.2 取样方向

金属产品在压加过程中同一平面的展宽在各个方向变形是不均匀的，这是由于金属晶粒和夹杂流动排列形成金属纤维组织，并造成性能的各向异性。在同一台拉伸试验机采用相同试验参数，先后对DP600、DC04等材料取不同方向（0°为轧制方向、90°为垂直于轧制方向和45°）的试样进行多次对比试验，试验结果如表1。

从表1中可见，不同取样方向，抗拉强度和屈服强度及断后伸长率都有差异。从多次试验结果看，不同钢种的性能跟试样方向的关系不尽相同，如DC系列的可能0°方向屈服强度低，延伸率高，而IF钢的45°方向延伸率高。所以在试验过程中一定要根据要求按一定方向进行取样和进行试验比对。

表1 取样方向对拉伸试验结果的影响

2.3 样坯的切取和打磨

试样切取时由于加工硬化和变形会对试验结果产生一定影响。图1～图3为某材料采用不同加工方式不同加工方式下热影响区的测定。

图1 冲床加工未处理（加工硬化区大约0.081mm）

图2 冲床＋磨床处理（加工硬化区大约0.002mm）

图3 冲床＋铣床加工（加工硬化区大约0.014mm）

通过拉伸试验我们可清楚看到不同的加工方式下同一材料的力学性能也有所不同，主要表现在屈服强度和延伸率上，具体结果如表2。

表2 不同加工方式下拉伸试验结果

从上面分析来看，由于试样加工硬化产生的热影响区越大，其屈服强度越高，而延伸率相应降低。因此，试样需经过去加工硬化处理（如磨床、铣床精加工），以达到试样结果接近板材的真实值。因此，切取样坯时应留有足够的机加工余量，同时把受热或冷加工硬化的部分完全打磨掉，以免影响性能的测定。

在实验过程中，我们发现有些材料对裂纹非常敏感，如试验的边部毛刺或加工的微裂纹在拉伸过程中迅速扩展并首先从缺陷处发生断裂，大大降低了延伸率，破坏了材料的综合机械性能，可能在试验结束前发生材料断裂会造成试验失败。因此，在试样加工最后工序中需要对试样边部进行研磨，去除边部加工缺陷和夹杂；在材料冲压过程中也尽量进行留余量。