铝合金拉伸试样表面质量及拉伸速度对拉伸性能的影响

白晓霞，赵胜强，周　静，吕　丹，郭　红，杨金刚(东北轻合金有限责任公司，哈尔滨　150060)



铝合金拉伸试样表面质量及拉伸速度对拉伸性能的影响

白晓霞，赵胜强，周静，吕丹，郭红，杨金刚
(东北轻合金有限责任公司，哈尔滨150060)

摘要:通过对铝合金拉伸试样进行车削破坏，研究试样表面质量对不同合金拉伸性能的影响，以及对不同状态同种合金拉伸性能的影响;同时研究不同拉伸速度对铝合金拉伸性能的影响。由此了解试样表面质量和拉伸速度对性能的影响规律，并在实际检测过程中尽量避免表面质量和拉伸速度产生的影响。

力学性能是铝合金制品的常规检测项目之一，其中通过拉伸试验，可以获得材料的弹性极限、伸长率、弹性模量、面积缩减量、拉伸强度、屈服强度和其它拉伸性能指标，这些指标也是结构设计、材料选择、工艺评价以及材料检验的主要依据［1］。然而，在铝合金的生产过程中存在力学性能实测结果处于指标临界值，易出现出厂检测合格而用户复验不合格的情况。此现象的原因之一是生产企业和用户所加工的试样质量或试验参数之间存在差异造成的，因此针对该问题进行了拉伸试样表面质量及拉伸速度对不同材料性能的影响试验，得到表面质量和拉伸速度对拉伸性能的影响规律。本文以超高强7055和中强5A06合金为试验材料，研究表面质量、拉伸速度等对性能的影响。

1　试验材料及方法

试验材料为7055－T7751、5A06－H112合金30mm厚板材及7055－H112合金30mm厚板材经420℃2h退火的O状态试样。首先将材料加工成Φ9mm性能试样，并利用车床加工出表面不同深浅度的加工痕，如图1所示。

图1　有车削痕的试样照片

对车削破坏后的性能试样根据加工的划痕深度和宽度将表面质量由好到坏进行排列，采用5mm/min速度进行拉伸性能检测，研究表面质量对拉伸性能的影响。此外，选择2mm/min、5mm/min、20mm/min、50mm/min、100mm/min速度进行正常加工试样的性能检测，研究拉伸速度对拉伸性能的影响。具体试验方案如表1所示。

表1　试验材料及拉伸速度

2　试验结果与分析

2.1表面质量对力学性能的影响

表面质量对7055合金T7751状态、O状态以及对5A06合金H112状态力学性能的影响如表2和图2所示，拉伸断口截面如图3所示。

随着拉伸试样工作部分表面质量逐渐变差，T7751状态的7055合金抗拉强度和屈服强度明显降低，伸长率开始阶段变化不大，随表面质量进一步变差而迅速降低，其中抗拉强度降低66N/mm2，屈服强度降低59N/mm2，伸长率相差4.4%。这是由于7055合金T7751状态的强度较高塑性较差，在拉伸变形过程中，机加工刀痕的深度足以成为应力集中的缺口［2］，当拉伸力足够大时，缺口处的集中应力超出局部抗拉强度，便在缺口处首先形成微裂纹，随后逐渐扩展，最后试样在缺口处发生断裂，断口截面如图3(a、b)所示，加工刀痕深的试样表现出更为明显的脆性断裂性质，颈缩率低，断口相对平齐。

表2　不同表面质量的力学性能

图2　表面质量对力学性能的影响

图3　试样拉伸断口

随着拉伸试样表面质量逐渐变差，O状态的7055合金抗拉强度降低68N/mm2，屈服强度降低29N/mm2，伸长率下降12.5%。与7055合金T7751状态相比，抗拉强度的降低相差不大，但屈服强度降低值明显减小，伸长率的变化也比较明显。这是由于退火处理后，变形组织发生回复和再结晶，同时使时效处理产生的沉淀强化相回溶，显著降低合金强度，出现退火软化现象，从而降低缺口应力集中敏感性，使拉伸过程中屈服强度的相对降低幅度减小。加工刀痕深的试样在拉伸过程中由于缺口的存在，使断口不再沿45°方向断裂，而是呈水平断裂，如图3(c、d)所示。

随着拉伸试样工作部分表面质量逐渐变差，H112状态的5A06合金抗拉强度变化很小，但屈服强度降低达到46N/mm2，伸长率相差5.1%，相对降低率较小。由于5A06合金塑性好，缺口敏感性低，拉伸试样均沿45°方向断裂，如图3(e)，有明显加工刀痕的试样，当应力超过屈服强度时试样产生塑性变形，随着塑性变形量的增加出现形变强化来补偿截面积的减少［3，4］，在缺口处出现应力－应变集中，裂纹沿缺口扩展，但扩展到一定深度后，刀痕缺口的影响减弱，沿拉伸方向发生塑性变形，裂纹沿45°角方向扩展，直至断裂，如图3(f)所示。

2.2拉伸速度对力学性能的影响

不同拉伸速度对力学性能的影响如表3和图4所示。拉伸速度自2mm/min增至100mm/min，T7751状态的7055合金抗拉强度、屈服强度和伸长率变化不大; H112状态的5A06合金抗拉强度下降22N/mm2，并随着拉伸速度的增加呈递减的趋势，屈服强度和伸长率也有一定的波动，但无明显规律性。由此可知，拉伸速度对T7751状态7055合金力学性能的影响较小，对H112状态5A06合金的力学性能有比较明显的影响。

表3　不同拉伸速度下的力学性能

图4　拉伸速度对力学性能的影响

3　结语

(1)表面质量对T7751状态和O状态7055合金抗拉强度影响较明显，随着表面质量逐渐变差，抗拉强度明显降低，伸长率也呈下降趋势;对H112状态5A06合金抗拉强度的影响程度小，对屈服强度和伸长率影响较明显。

(2)拉伸速度对T7751状态7055合金力学性能的影响较小，对H112状态5A06合金的力学性能影响比较明显，检测过程中需要对拉伸速度进行控制。

参考文献

［1］王磊，材料的力学性能［M］.沈阳;东北大学出版社，2005.8.

［2］李伟.中高强铝合金拉伸试样制备质量对力学性能测试结果的影响［J］.铝加工，2008.5:20－22.

［3］石国全，徐宏海，谭永宁.抛光工艺对铝合金试样力学性能影响实验研究［J］.现代商贸工业，2012，16: 197 －198.

［4］王祝堂，田荣璋.铝合金及其加工手册［M］.长沙:中南大学出版社，2005.2

［5］曾力.拉伸试验速率对低碳钢力学性能的影响［J］.理化检验－物理分册，2007，43(1):6－8.

关键词:拉伸性能;表面质量;拉伸速度;强度;应力集中

Affect of Surface Quality and Specimen and Tensile Speed on Tensile Properties of Aluminum Alloy

Bai Xiaoxia，Zhao shengqiang，Zhou Jing，Lu Dan，Guo Hong，Yang Jingang
(Northeast Light Alloy Co.Ltd.，Harbin 150060 China)

Abstract:By turning damage to the tensile specimen of aluminum alloy，affect the surface quality of the specimen on tensile properties of different alloys，as well as the influence on the tensile properties of different states of the same alloy are studied，at the same time，the effect of different strain rate on tensile properties of aluminum alloy are also studied.The influence of surface quality and drawing speed on the properties of the samples is understood in order to avoid the affect of the surface quality and drawing speed of the actual testing process.

KeyWords:tensile properties; surface quality; tensile speed; strength; stress concentration

作者简介:白晓霞(1985－)，女，辽宁阜新市人，工程师。

收稿日期:2015－03－12