摘 要] 本文總結(jié)了試驗(yàn)溫度效應(yīng)、加載速率效應(yīng)、試驗(yàn)條件及試樣工藝效應(yīng)、偏心效應(yīng)和試驗(yàn)剛度對(duì)材料拉伸試驗(yàn)強(qiáng)度的影響。從應(yīng)力分析和變形能的角度對(duì)影響材料拉伸試驗(yàn)強(qiáng)度的主要技術(shù)因素進(jìn)行了力學(xué)分析,給出了獲取試驗(yàn)準(zhǔn)確數(shù)據(jù)的若干建議。 
[關(guān)鍵詞] 拉伸試驗(yàn) 屈服強(qiáng)度 抗拉強(qiáng)度 
      屈服強(qiáng)度σs、抗拉強(qiáng)度σb等參數(shù)是金屬材料ZUI富代表性的力學(xué)性能指標(biāo)，是工程設(shè)計(jì)、機(jī)械制造的主要依據(jù)，這類力學(xué)性能指標(biāo)的分析和研究對(duì)于從事基礎(chǔ)理論研究和分析工程事故具有非常重要的意義。試驗(yàn)測(cè)試是獲取材料的強(qiáng)度等力學(xué)性能指標(biāo)的可靠方法。例如可拉伸、壓縮、彎曲試驗(yàn)的方法等等。其中，拉伸試驗(yàn)方法是檢驗(yàn)材料力學(xué)性能的一種ZUI重要、ZUI有效和ZUI常用方法。但是，要準(zhǔn)確地測(cè)得材料的拉伸性能，應(yīng)有技術(shù)先進(jìn)、功能齊全、質(zhì)量可靠的試驗(yàn)機(jī)，同時(shí)還必須正確掌握試驗(yàn)方法，排除各種不利的因素，否則處理不當(dāng)，就會(huì)引入很大的誤差。本文探討試驗(yàn)機(jī)技術(shù)狀態(tài)、試驗(yàn)條件和測(cè)試技術(shù)等相關(guān)的技術(shù)因素對(duì)材料拉伸試驗(yàn)強(qiáng)度的影響。 
      1影響材料拉伸試驗(yàn)強(qiáng)度的因素 
金屬材料的屈服強(qiáng)度σs是材料塑性變形開始時(shí)單位面積上所需的ZUI低載荷，它標(biāo)志著金屬材料對(duì)于起始微量塑性變形的抗力。σs值對(duì)不同的金屬材料表現(xiàn)的敏感程度不同，例如退火低碳鋼、不銹鋼出現(xiàn)鋸齒狀平臺(tái)，而高碳鋼僅出現(xiàn)明顯的拐點(diǎn)。大多數(shù)的合金鋼、高溫合金、鋁合金、鎂合金、鑄鐵等則無明顯的屈服現(xiàn)象。為了表示不同金屬材料對(duì)微量塑性變形的抗力和比較試驗(yàn)結(jié)果，規(guī)定塑性變形為某標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度(試樣標(biāo)距)的 0.2%時(shí)的應(yīng)力，用σ0.2表示，稱為條件屈服強(qiáng)度；抗拉強(qiáng)度σb則反映了材料抵抗大塑性變形和斷裂破壞的能力。材料的強(qiáng)度是材料本身固有的屬性，但度量材料強(qiáng)度的指標(biāo)如σs和σb等指標(biāo)受諸多技術(shù)因素影響，實(shí)質(zhì)上即為材料的“試驗(yàn)強(qiáng)度”，主要涉及到試驗(yàn)機(jī)技術(shù)狀態(tài)、試驗(yàn)條件和測(cè)試技術(shù)，包括試驗(yàn)溫度、加載速度、應(yīng)力狀態(tài)、介質(zhì)環(huán)境、試驗(yàn)剛度、試驗(yàn)機(jī)示值超差、測(cè)試方法等。本文基于長(zhǎng)期的強(qiáng)度測(cè)試實(shí)踐和已有的研究成果，將其歸納為拉伸試驗(yàn)強(qiáng)度的試驗(yàn)溫度效應(yīng)、加載速率效應(yīng)、試驗(yàn)條件及試樣工藝效應(yīng)、偏心效應(yīng)和試驗(yàn)剛度效應(yīng)。現(xiàn)分述如下： 
1.1 溫度效應(yīng) 
     隨著試驗(yàn)溫度的升高, 金屬材料的 σs (σ0.2)顯著降低。例如低碳鋼材料，隨著試 
驗(yàn)溫度升高，其屈服強(qiáng)度σs相應(yīng)降低且屈服平臺(tái)的長(zhǎng)度逐漸縮短，直至某一溫度屈服平臺(tái)消失，σs不復(fù)存在；由于溫度升高使材料的晶界由硬、脆轉(zhuǎn)變?yōu)檐洝⑷?使其抗力降低，因此，材料的σb在宏觀上也隨試驗(yàn)溫度的變化而改變。 
1.2 加載速率效應(yīng) 材料的屈服點(diǎn)隨加載速率的增大而提高；室溫條件下，拉伸速度對(duì)強(qiáng)度較高的金屬材料的σb 無影響，而對(duì)強(qiáng)度較低的、塑性好的金屬材料有微小的影響。拉伸時(shí)加載速率增大，σb有增高的趨勢(shì)。在高溫下，拉伸加載速率對(duì)σb有顯著的影響。 
1.3 試驗(yàn)條件及試樣工藝效應(yīng) 金屬材料處于有害的介質(zhì)環(huán)境時(shí),試樣的屈服點(diǎn)降低。試樣的表面粗糙度對(duì)屈服點(diǎn)也有影響,特別是對(duì)塑性較差的金屬材料有較大的影響,有使屈服點(diǎn)降低的趨勢(shì)。 
1.4 偏心效應(yīng) 由于試驗(yàn)機(jī)的加載軸線與試樣的幾何中心不一致，所以嚴(yán)格的軸向荷載（圖 1)




                                                  圖１


（a））是很難獲得的，這就造成了試驗(yàn)機(jī)偏心加載、產(chǎn)生彎曲而引入測(cè)試誤差。考慮同軸度的影響，試樣受拉變形的簡(jiǎn)化力學(xué)模型如圖 1（b）所示。其中，幾何同軸度為 e、力的同軸度為 α。 
1.5 試驗(yàn)剛度效應(yīng) 在材料的拉伸試驗(yàn)中，試驗(yàn)系統(tǒng)可視為試驗(yàn)機(jī)機(jī)身、夾具-加載系統(tǒng)和試樣三部分構(gòu)成的“可變形的試驗(yàn)系統(tǒng)”。顯然，試驗(yàn)機(jī)機(jī)身的剛度km 、夾具-加載系統(tǒng)的剛度ks 和受拉試樣的抗拉剛度 EA 共同構(gòu)成了“試驗(yàn)系統(tǒng)”的剛度。所以，試驗(yàn)機(jī)的彈性變形、夾具-加載系統(tǒng)的工作狀態(tài)和試樣本身的變形都會(huì)對(duì)試驗(yàn)產(chǎn)生影響，即試驗(yàn)剛度在一定程度上會(huì)影響試樣的試驗(yàn)強(qiáng)度指標(biāo)。在實(shí)踐中，不同剛度的試驗(yàn)機(jī)實(shí)測(cè)對(duì)比結(jié)果也反映了試驗(yàn)剛度對(duì)材料試驗(yàn)強(qiáng)度的影響。 
2 分析與討論 
2.1 試驗(yàn)溫度及加載速率的影響已有的研究成果表明，試驗(yàn)溫度及加載速率對(duì)材料拉伸試驗(yàn)強(qiáng)度 
的影響是非常明顯的。如圖 2 所示。 

　　　　　　　　　　　　　　　　　圖２

　　金屬材料試驗(yàn)的加載速率對(duì)測(cè)試結(jié)果影響是明顯的，特別是在高速加載條件下還會(huì)產(chǎn)生升溫效 
應(yīng)，升溫速率與變形應(yīng)力及變形速率成正比。升溫可以引起各種效應(yīng)。金屬材料在拉伸或壓縮時(shí)，如  果形變速度較高，應(yīng)變較大，可使樣品溫度升高 50℃,局部更高，這對(duì)材料的力學(xué)性能將產(chǎn)生重要影  響。 
 

 

 

　　此外，對(duì)于試樣的某個(gè)截面，其ZUI大應(yīng)力發(fā)生在表面；對(duì)于整根試樣，其ZUI大應(yīng)力發(fā)生在跟部 
12的表面。這正是我們?cè)趯?shí)踐中經(jīng)常看到試樣的斷裂點(diǎn)發(fā)生在試樣根部的原因。 
2.3 試驗(yàn)剛度的影響 
 

2 EA 
樣的長(zhǎng)度和抗拉剛度。 
　　可見，在試驗(yàn)過程中，隨著荷載 P 的增加，試驗(yàn)剛度會(huì)逐漸減小。式（9）還說明試驗(yàn)剛度與試驗(yàn)的尺寸有關(guān)，不同尺寸的試驗(yàn)在相同的試驗(yàn)機(jī)和相同的載荷率下的結(jié)果是有差異的；試驗(yàn)材料的彈性模量影響試驗(yàn)的剛度，不同試驗(yàn)機(jī)測(cè)同一材料的彈性模量也就不完全一致。例如，用 CMT5305 和CMT5105 微機(jī)控制電子萬能材料試驗(yàn)機(jī)測(cè)得某鋼材的拉伸彈性模量 E = 221×105MPa，而用剛度較小的國產(chǎn)某型液壓式萬能材料試驗(yàn)機(jī)測(cè)得同一材料的彈性模量 E = 208×105MPa，誤差達(dá) 6%。 
　　3  結(jié)論 
　　影響簡(jiǎn)單拉伸試驗(yàn)結(jié)果的因素很多，只有在相同試驗(yàn)條件下的試驗(yàn)結(jié)果才有比較意義。而且，在簡(jiǎn)單拉伸試驗(yàn)中常常會(huì)試驗(yàn)溫度效應(yīng)、加載速率效應(yīng)、試驗(yàn)條件及試樣工藝效應(yīng)、偏心效應(yīng)和試驗(yàn)剛度效應(yīng)等因素影響而引入一些附加的應(yīng)力，使材料的“試驗(yàn)強(qiáng)度”要小于真實(shí)存在的強(qiáng)度。因此，只有通過認(rèn)真分析、研究影響試驗(yàn)結(jié)果的因素，才能獲得準(zhǔn)確的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。 
3.1 遵循規(guī)范、仔細(xì)操作、認(rèn)真分析、將各種技術(shù)因素對(duì)材料試驗(yàn)強(qiáng)度的影響ZUI小化 例如，在屈服點(diǎn)之前，試驗(yàn)機(jī)兩夾頭的相對(duì)速率通常不大于原標(biāo)距長(zhǎng)度的 8%/min；仲裁試驗(yàn)時(shí)，要求試驗(yàn)機(jī)兩夾頭的相對(duì)速率不大于原標(biāo)距長(zhǎng)度的 2%/min 等等。 
3.2 使用符合要求的試樣，保證加載的對(duì)中度，盡量使用氣動(dòng)或液壓夾具，減少偏心效應(yīng)的影響 
在試驗(yàn)前，要對(duì)材料試驗(yàn)機(jī)同軸度進(jìn)行測(cè)量，使其保持在規(guī)程允許的范圍之內(nèi)，以保證材料拉伸強(qiáng) 
度受材料試驗(yàn)機(jī)同軸度的影響ZUI小。 
3.3 試驗(yàn)剛度隨荷載 P 的增加而逐漸減小，試驗(yàn)的剛度也與試樣的尺寸和材料彈性模量有關(guān) ．因此，試驗(yàn)剛度是我們?cè)谠O(shè)計(jì)和選用試驗(yàn)機(jī)時(shí)不容忽視的一個(gè)重要問題。 
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