拉伸实验基础上的金属材料屈服强度测试研究

秦珍容

摘 要 金属材料的屈服强度是体现金属材料力学性能、衡量材料承载能力的重要指标。通过实验，准确的掌握金属材料的屈服点和屈服强度，也是强度实验的基础性工作。本文围绕金属材料屈服强度测试问题，通过拉伸实验方法，分析了不同测试条件对金属材料的屈服强度测试的影响。

关键词 拉伸实验 屈服强度 实验方法

1实验基础理论

1.1金属屈服强度

金属强度指金属材料抵抗外力破坏作用的最大能力。在作用力的过程中，金属材料开始发生明显塑性变形时的最低应力值，就是金属的屈服强度，是金属材料发生屈服现象时的屈服极限。

1.2拉伸实验

拉伸试验是工程上应用最广泛的机械性能试验方法之一，由拉伸试验得出的力学性能指标是材料验收及工艺设计的重要参数。拉伸试验测量结果的准确度与测量方法和测量装置有着密切关系。

2金属材料屈服强度拉伸测试

根据拉伸实验的设计，采用电子万能试验机对于金属材料试样进行测试。

2.1金属材料屈服强度拉伸测试阶段

金属材料屈服强度拉伸测试中，按照应力的变化可以为8个阶段。分别是弹性变形阶段、滞弹性阶段、微塑性应变阶段、屈服阶段、塑性硬化阶段、发声形变点阶段、缩颈变形阶段、完全断裂阶段。其中，屈服点出现了屈服阶段和塑性硬化阶段之间。

2.2金属材料屈服强度拉伸测试控制方式

拉伸方式是金属材料屈服强度拉伸测试的基础，不同的拉伸方式会对测试的效果产生明显的影响。笔者在实验中，主要通过控制试验机横梁移动的速度，来实现应力速率控制和应变速率控制的目的。如果将实验力位移曲线和横梁移动速度位移曲线进行对比分析，就可以明显的观察到在拉伸不同阶段，横梁速度的变化。通过实验发现，当拉伸实验进行到弹性变形阶段的时候，横梁的速度是很平稳的。当处于屈服阶段的时候，横梁的移速会逐渐增大。

2.3金属材料屈服强度拉伸测试速率

按照拉伸实验的相关标准，测试材料屈服强度的时候，试樣屈服期间的应变速率应该尽量保持恒定状态，处于0.00025/s-0.0025/s之间。如果实验的速率超出这一范围，将直接影响到屈服强度测试的结果。以低碳钢的测试为例，在实验中发现，当拉伸应变速率在0.0042/s的时候，其屈服强表现为308.60MPa，当拉伸应变速率在0.0021/s的时候，其屈服强表现为294.860MPa，当拉伸应变速率在0.00021/s的时候，其屈服强表现为380.54MPa，三组测试数据之间的差别较大。

2.4金属材料屈服强度拉伸测试屈服点

确定试样的屈服点，是金属材料屈服强度拉伸测试的核心内容，主要是通过测试确定试样的上、下屈服点。上屈服强度是试样因发生屈服应力首次下降前的最高应力，下屈服强度是在屈服期间不计初始瞬时效应时的最低应力。在实验中的判断，当试样屈服前的第一个峰值应力即为上屈服强度，试样屈服阶段中，所有谷值中最小的一个即为下屈服值。实验中，笔者绘制了上屈服点和下屈服点的波动曲线（如图1所示），从曲线中可以明确的分辨出上屈服点和下屈服点的特性，其中FeH为上屈服点，FeL为下屈服点。

2.5金属材料屈服强度拉伸测试拉伸应力变化

在实验中，每个实验组的拉伸应力平均值与屈服强度、抗拉强度均呈现出不同的变化（如图2所示）。如果将拉伸应力速度从25MPas-1增大到70MPas-1的话，金属材料抗拉强度曲线会逐渐提升，屈服强度的曲线也会随之变大。

3金属材料屈服强度拉伸测试注意事项

在拉伸实验过程中，由于拉伸速度、金属的材料，以及测量仪器等因素的影响，会导致屈服强度测试的不准确。因此，在进行金属材料屈服强度拉伸测试过程中，必须注意以下两个方面事项：

3.1精准控制拉伸速度

根据拉伸实验的加载速率，可以把拉伸实验分为低速拉伸、常速拉伸和高速拉伸。金属材料的屈服度和抗拉强度均随着拉伸深度的增减有不同程度的变化。因此，在进行拉伸实验的时候，只有同一速率下的屈服强度才有可比性，一般采用中速拉伸，确保测试结果的准确。

3.2正确选择控制方式

在进行下屈服强度的实验测定中，由于在实验阶段，试样在塑性延伸上会有很大的变化，但是应力的变化却是上下波动的，而不是单向变动。在这种情况下，为了达到应力速率而采用应力速率控制的方法，容易造成实验机横梁的移动速度波动，测出的数据也不准确，甚至会出现实验机失控的危险。

参考文献

[1] 周崎，陈明，李成明.拉伸试验测量不确定度评定[J].检验检疫科学，2014（S1）.

[2] 湛欣.金属拉伸试验速度对屈服强度的影响及其负荷速率的控制[J].温州大学学报，2016（02）.