拉伸试验速率对冷轧薄板力学性能的影响

金属拉伸试验是在常温、静载和轴向拉伸条件下反映试样力学性能的试验方法, 它是实验室里应用最广泛的。我国GB/T228-2002《金属材料室温拉伸试验方法》对金属拉伸试验速度作出规定:试验速度应根据材料性质和试验目的确定;测定下屈服点时, 平行长度内的应变速率应在0.00025/s~0.0025/s之间, 并应尽可能保持恒定, 如不能直接控制这一速率, 则应通过调节在屈服开始前的应力速率将其固定, 直至屈服阶段过后。拉伸试验过程中产生的不确定度分量是拉伸试验结果不确定度评定的重要组成部分, 确定合理的拉伸试验速率, 尽量减小试验速率产生的不确定度分量, 并在不影响数据准确性的前提下合理的提高试验速度, 尤其是对工矿企业等大批量试验的场所具有很重要的实际意义。

1 试验条件和试验数据

1.1 试验条件

1.1.1 设备:

instron5582电拉试验机, 100KN, 精度0.5级。

1.1.2 试样:

同卷冷轧薄板, 厚度0.8mm, 钢种S08Al。

1.1.3 试验速率控制:

通过试验方法预设。

1.2 试验数据

试验数据见表1。

2 数据分析

总体来看, 在试验速率不同的条件下, 屈服强度的差别还是比较大的。

具体见表2。

从表2中可以看到, 随着试验速率的增大, 屈服强度和抗拉强度相差是逐步缩小的, 而屈服强度受试验速率的影响较大, 抗拉强度不是很明显。

S08Al钢是由多晶体组成, 其空间取向不同, 因此其晶粒的变形能力和变形抗性也不同。故存在金属塑性变形的不同时性。在外加应力时, 最先在最有利于滑移的晶粒和应力集中的晶粒中开始。如果金属组织粗大且不均匀, 这种不同时性会很突出。在显微组织中不同组成相的晶粒之间, 同一组成相得不同取向的晶粒之间, 甚至在同一晶粒内部, 变形也是不均匀的。当试验速率比较大时, 晶面转动不充分, 滑移受阻, 在宏观塑性上的表现就是强度的增高。尤其是在屈服阶段表现的尤为明显。

3 试验速率控制

有资料表明, 屈服前应力速率为小于30N/mm2·S-1, 此时进入屈服阶段后产生的应变速率大概为0.0025/S。而且此时的惯性效应影响基本可以忽略。因此结合现代生产工艺及实验技术的改进, 在GB/T228-2002《金属材料室温拉伸试验方法》中规定应力速率6~60N/mm2·S-1。

随着近年微机控制电液伺服万能试验机和电拉试验机的广泛应用, 试验过程的可控性得到了进一步的加强。由于控制应力、应变速率不是很方便, 可以间接的采用通过控制负荷速率来达到控制试验速度的目的。将计算好的负荷速率写入试验方法中。即可进行快捷准确的试验。

拉伸试验弹性段应力速率公式是:

则:△F/△t=σ平·S0

式中:σ平为平均应力速率;△F为载荷增加量;So为试样原始横截面积;△t为达到负荷增加量所需时间。

冷轧薄板所用试样为矩形试样, 矩形试样的原始横截面积:

式中:ao为试样原始厚度;bo为试样原始宽度。

薄板试样的宽度一般为:

取bo=20mm, 因此:

σ的范围是6~60N/mm2·S-1

即对于宽度20mm的矩形试样在弹性范围内负荷速率应该控制在120ao~1200ao (N·S-1) 之间。

圆形试样的负荷速率, 对于圆形试样的负荷速率控制类似矩形试样。

圆形试样的原始横街面积:

式中do为试样标距部分直径。

则:

σ的范围是6~60N/mm2·S-1

即对于圆形试样在弹性范围内负荷速率应该控制在4.7~47.1do2 (N·S-1) 之间。

4 结语

利用负荷速率对拉伸试验进行控制的好处还是很明显的。在国家标准的限定范围内进行推导, 并根据试验的实际情况进行适当的缩小, 避免拉伸试验过程中惯性因素的影响, 达到准确测量材料屈服强度的目的。这种方法应用起来简单直观, 最适合在工矿企业和检测批次比较大的检测室进行的拉伸试验, 具有一定的推广价值。

摘要：通过对冷轧薄板产品拉伸试验数据的理论分析, 研究拉伸试验速率对产品力学性能的影响。依据国家标准所规定的控制范围, 导出试验的负荷速率控制方式。以期达到简单、准确、快捷的目的。

关键词：拉伸试验速率,屈服强度,负荷速率

参考文献

[1] GB/T228-2002金属材料.室温拉伸试验方法.北京:中国标准出版社, 2002.