金属拉伸试样几何因素对拉伸性能的影响
作者 :  赵忠华

  
  摘要:拉伸试验是金属材料质量检验的重要手段之一,如何保证试验结果的准确性已经成为人们所关注的课题。
  关键词:金属拉伸;因素;性能
  中图分类号:F407.4文献标识码:A 文章编号:1001-828X(2012)03-0-01
  众所周知,试样的几何因素是个重要因素。但各企业对拉伸试验的几何尺寸,形状等的规定却存在差别,因此有必要对此进行探讨,便于各生产单位和使用单位之间的相互了解。本文对试样的形状变化、宽度变化、不同平行长度对拉伸试验性能的影响进行了讨论;同时用光弹方法研究了板状样过渡圆弧半径及试样夹持部位等因素对拉伸试验结果的影响。
  
  一、试验材料及实验条件
  试验材料分别为薄板08Al、08F;中厚板X60、A3钢。均经化学成分检验,符合标准要求,加工试样精度符合GB 6397-86 金属拉伸试验试样标准, 要求拉伸试验在万能材料试验机上进行。十字头速度恒定为10mm/min;引伸计符合ASTM E83C级要求;标距划线机线间长度误差小于0.1mm;光弹试验在光弹议上进行。
  
  二、试验结果和讨论
  1.试样对拉伸性能的影响
  按照GB/T228-2010 金属拉伸试验标准要求,中厚板既可取保留原表面的板状试样,也可制成棒状试样测试拉伸性能。为表明二者是否存在差异,我们将X60(8mm厚)和A3(10mm厚)钢板分别制成带头板状样和直径为5mm的棒状试样进行实验。采用短比例试样。
  结果表明:两种形状的试验结果是有差异的。棒状试样的应力σ5较板状试样高得多。我们认为原因在于;棒状试样经加工,表面光滑,缺陷少;而板状试样两表面均为直接轧制面,表面缺陷相对多一些。另外,两种试样在拉伸时的应力和应变状态也有差异。棒状试样的派生应力σ2=σ3,ε2=ε3,四周缩变均匀,而板状试样σ2≠σ3,ε2≠ε3,也造成的试验的结果不同。
  2.试样宽度对拉伸结果的影响
  板状拉伸试样的宽度,在其他因素相同的情况下,宽度保准也大不相同。为明确试样宽度对拉伸机械性能的影响。我们分别取08Al冷轧板和08F热轧板进行比较研究。
  试样基本尺寸符合标准要求,固定其他尺寸,变化试样宽度。
  结果表明:在固定标距的情况下,随试样宽度增加,σ0.2或(σs)和σb有下降趋势。我们认为:其原因在于随着试样宽度的增加,派生应力σ2增加,试样由单向拉伸逐渐转向平面应力状态,从而使参加流变的材料逐渐增多之故。
  3.平行长度对板状试样拉伸性能的影响
  一般都认为:平行试样长度越长,材料变形越均匀,伸长率就越大。但在实际工作中得出的结论却并非完全如此。同时平行长度的增大引起试样重量的增加,对材料也是一种浪费,因而需要明确一个范围,在不同国家的标准中,我们同样发现平行长度有差异,如有l0+b/2, l0+b, l0+2b, (b为试样的宽度)。为进一步明确平行长度对拉伸试样机械性能的影响,我们用08Al冷轧板研究了这一问题。
  试样尺寸符合标准要求,固定其他尺寸,变化试样平行长度。
  结果表明:平行长度的变化对σ0.2和σb无显著影响,但却明显影响伸长率。我们认为:这主要是强度指标仅取决于试样上最小截面上所承受的应力,对厚度相同的材料来说,在标距内宽度一样时,强度指标也应相同,但伸长率则不同。在本试验中,平行长度达到一定值后,伸长率值则趋于稳定且略有下降。我们认为:其原因主要在于平行长度增加到一定值后,试验夹具和过渡圆弧不在影响标距部分的变形,失稳点既可出现在标内,也可出现在标外。平行长度越长试样断在中部的几率也越小,伸长率值也就越分散。这一点从平行长度为110mm时测值分散度明显增大可以证明,也就是说平行长度应有一最佳范围。
  4.光测弹性力学试验及结果分析
  为了直观定性地研究板状试样过渡圆弧半径及试样夹持部位对拉伸试验机械性能的影响,寻找合理的平行长度范围,我们进行了光弹试验,试样经手工加工,试样尺寸符合要求。为了消除加工应力,对试样进行了退火处理。试验结果可以看出平行长度的确定与过渡圆弧半径R的大小有着密切的关系,过渡圆弧半径R对板状试样的应力分布有明显影响,为保证平行区变形均匀,R值应大于或等于30mm。当取R≥30mm时,按标准GB/T228-2002要求,平行试样长度取l0+b0/2是适宜的。在拉伸试验中,在保证试样不滑落的情况下,试样的夹持部位应该尽可能的远离过渡圆弧。
  
  三、结论
  综合上述试验结果和分析,可以得出以下结论:
  1.中厚板取板状试样所测的试验值有差异,鉴于不少标准对此未做明确的规定,此问题应该引起重视。
  2.试样宽度对拉伸性能有影响,检验分析时应注意。
  3.平行长度的变化对应力值影响不大,但显著影响伸长率。当试样长度变化时,伸长率会有一最大值。
  4.过渡圆弧半径R对板状试样的应力分布有明显影响,为保证平行区变形均匀,R值应大于或等于30mm。
  5.当取R≥30mm时,按标准GB/T228-2002要求,平行试样长度取l0+b0/2是适宜的。
  6.在拉伸试验中,在保证试样不滑落的情况下,试样的夹持部位应该尽可能的远离过渡圆弧。
  

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