測試方法對測定金屬材料屈服強度的影響及分析

摘 要：在工業生產中，金屬材料應用的比較廣泛，對于金屬材料的相關性能要求的也比較嚴格，所以要嚴格測定金屬材料的性能。屈服強度是金屬材料力學性能的表現形式之一，對于屈服強度的測試，其中屈服點的確定比較重要，對于屈服強度的測定有很大的影響。本文通過對金屬材料中影響屈服強度測試的因素進行了分析，為以后屈服強度的測試奠定了基礎。

關鍵詞：拉伸實驗；屈服強度；拉伸曲線；加載速度

對于金屬材料進行的力學性能試驗，拉伸試驗是最為常用的方法之一。通過拉伸試驗，可以對金屬材料很多的力學性能做出判斷。屈服強度在金屬材料的力學性能中算是比較重要的屬性之一，對于實際中的應用有很大的影響。屈服強度是衡量金屬材料可承載力的重要指標，同時因為屈服強度的不同，在加工工藝和施工工藝中，對其進行的相關操作是不同的，可以根據屈服強度的大小，來判斷工藝方法和施工方式，所以說對金屬材料的屈服強度進行試驗測試是非常重要的。

本文不考慮金屬材料本身內在因素及試件加工工藝對其屈服強度影響，僅從實驗方法的角度探討如何更準確測定材料的屈服強度。

1 拉伸曲線中上、下屈服點的確定

隨著科學技術的發展，在對金屬材料的性能測試中，越來越多的使用到先進的儀器對其進行測量。電子萬能實驗機就是測量金屬材料屈服強度的機器，并且操作簡單，在實驗結束后，機器會自動給出屈服曲線，并且對于材料中的屈服點都會明確的標識出來，屈服強度的相關參數也會有所闡述。但是在實際的使用中卻發現，即使是同一批材料，使用同一臺機器，在同樣的條件下進行實驗，但是得出來的數據還是存在很大的差異，并且有些差異是不可接受的。

對于以上現象的出現，經過了長期的實驗觀察，發現主要是在實驗期間，機器在尋找屈服點的過程中出現了錯誤，從而造成測量的差異。在相關資料中，對于上下屈服點的定義為在屈服階段內，出現的最高應力和最低應力分別稱為上下屈服強度。實際上按照國家標準，上屈服強度是試樣因發生屈服應力首次下降前的最高應力，下屈服強度是在屈服期間不計初始瞬時效應時的最低應力。所謂初始瞬時效應是指從上屈服強度向下屈服強度過度時發生的瞬時效應（也稱慣性效應）。瞬時效應與實驗機加力系統的柔度、試樣的柔度、實驗速率、試樣屈服特性和測力系統慣件守恒等多種因素有關。對瞬時效應作定量評定是困難的。定性的把從上屈服強度向下屈服強度過度期間的第1個下降谷區作為初始瞬時效應的影響區。為了避開該區影響，把第1個下降谷值應力（不管它是否最小）排除不計后，取其后的最小應力為下屈服強度。對于只呈現一個谷值的情況，該谷值應力為下屈服強度。這樣的定義與一般意義上的理解足有出入的，很容易造成誤判， 如圖1圖2所示。

如圖1，在確定下屈服點時，往往會選擇A點。實際上考慮到初始瞬時效應的影響，應當選擇圖上標示的點為下屈服點。如果選擇A點，會使測得的下屈服強度小于真實值。如圖2，在確定上屈服點時，往往會選擇B點。根據規定，應當選則圖上標示的點為上屈服點。如果選擇B點，會使測得的下屈服強度大于真實值。在很多情況下，這種誤判造成的誤差較大而不能容忍。

對于上、下屈服強度位置判定的基本原則如下：

（1）屈服前的第1個峰值應力（第1個極大值應力）判為上屈服強度，不管其后的峰值應力比它大或比它小。

（2）屈服階段中如呈現兩個或兩個以上的谷值應力，舍去第一個谷值應力（第1個極小值應力）不計，取其余谷值應力之中最小者判為下屈服強度。如只呈現1個下降谷，此谷值應力判為下屈服強度。

（3）屈服階段中呈現屈服平臺，平臺成力判為下屈服強度；如呈現多個且后者高于前者的屈服平臺，判第1個平臺應力為下屈服強度。

（4）正確的判定結果應是下屈服強度一定低于上屈服強度。

2 拉伸實驗的控制方式

2.1 控制方式的選取

在對金屬材料進行拉伸實驗的過程中，控制的選擇是非常重要的，它對于實驗結果有很大的影響。在實驗中，控制方式有很多，比如說應力速率控制和應變速率控制就是其中的兩種。在實驗中，為了保證測量數據的準確性，應該根據實際情況來選擇適宜的控制方式。在進行下屈服強度的實驗測定中，由于在實驗階段，試樣在塑性延伸上會有很大的變化，但是應力的變化卻是上下波動的，而不是單向變動。在這種情況下，為了達到應力速率而采用應力速率控制的方法，那么實驗機在測試的過程中，橫梁的移動速度會發生波動，測出的數據也不準確。在嚴重的情況下，甚至會使實驗機失控從而造成極大的危險。

2.2 拉伸速率的選擇

國家標準規定，若僅測量下屈服強度，存試樣平行長度的屈服期間應變速率應在0.00025/s～0.0025/s之間，平行長度的應變速率應盡量保持恒定。可以看出，國家規定的實驗速率范同是比較寬泛的。有些實驗由于實驗條件或實際需要實驗速率更會超出規定的范圍。對于金屬材料，特別是低碳鋼其屈服強度會受到實驗速率的影響，有時差別會比較大。

3 結語

通過對本文的分析，可以得知在對金屬材料的屈服強度進行實驗的過程中，對于屈服點的掌握，在使用電子萬能實驗機進行測試時，不能夠完全根據機器測得的數據進行確定，而是應該根據實際的具體情況來確定屈服點。對于實驗中速率對于材料的影響也要充分的考慮進來，只有在同樣的速率下測得的屈服強度才具有可比性。金屬材料的屈服強度是其力學性能中比較重要的性能之一，對于實際的應用有很大的影響，所以在實驗中，要對屈服點的確定嚴格謹慎，保證屈服強度測定的準確性。

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