試樣因素對金屬材料室溫拉伸試驗結果的影響

雷澤紅 陳慈輝

（1.武漢鋼鐵（集團）公司研究院 湖北 武漢：430080；2.武鋼質檢中心 湖北 武漢：430080）

0 引言

金屬材料室溫拉伸試驗是獲取力學性能指標最常用、最基本的手段，可得到強度指標（如抗拉強度和屈服強度）和塑性指標（如斷后伸長率和應變硬化指數）等，是設計選材和判定金屬材料性能優劣的重要依據。因此試驗數據的準確性、結果的可靠性直接關系到對材質的判定。

試樣是金屬材料各種性能的載體，金屬拉伸試驗是通過對試樣的準靜態拉伸來獲得其力學性能指標的，正確取樣、制樣是保證測量準確的基礎。本文主要分析試樣因素對金屬材料室溫拉伸試驗結果的影響，并且提出了一定的控制措施，提高試驗結果的可靠性，正確評定材料性能、質量。

1 影響金屬材料室溫拉伸試驗的主要因素

金屬材料受力后出現各種不同的物理現象，產生彈性變形、塑性變形直至斷裂，涉及材料應力——應變關系的力學特征。金屬材料室溫拉伸試驗的原理就是在室溫下將試樣置于試驗機夾具內，以一定的速率給試樣施以軸向拉伸載荷（一般拉至斷裂），測出所需的一項或幾項力學性能。

影響金屬材料室溫拉伸試驗結果的有：試樣測量儀器和設備的準確度、材料和試驗參數（如拉伸速率、溫度、試樣的幾何形狀）等，國家標準 GB／T228—2010《金屬材料室溫拉伸試驗》對此也做出了明確的規定。

2 試樣因素對拉伸試驗結果的影響

2.1 試驗設備和試驗標準

不同的試驗標準對應不同試樣尺寸，同時測量結果也會不盡相同，例如日標和美標的延伸率比歐標的高。本文根據國家標準GB／T228—2010《金屬材料室溫拉伸試驗》進行拉伸試驗，使用德國ZWICK產Z050萬能材料試驗機，試樣尺寸按GB／T228—2010有關規定切取矩形試樣［1］，試樣厚度為原材料厚度，長270mm的條狀試樣，平行部位寬為20mm，測量長度為80mm，應變速率為0.002／s。

2.2 取樣方向

金屬產品在壓加過程中同一平面的展寬在各個方向變形是不均勻的，這是由于金屬晶粒和夾雜流動排列形成金屬纖維組織，并造成性能的各向異性。在同一臺拉伸試驗機采用相同試驗參數，先后對DP600、DC04等材料取不同方向（0°為軋制方向、90°為垂直于軋制方向和45°）的試樣進行多次對比試驗，試驗結果如表1。

從表1中可見，不同取樣方向，抗拉強度和屈服強度及斷后伸長率都有差異。從多次試驗結果看，不同鋼種的性能跟試樣方向的關系不盡相同，如DC系列的可能0°方向屈服強度低，延伸率高，而IF鋼的45°方向延伸率高。所以在試驗過程中一定要根據要求按一定方向進行取樣和進行試驗比對。

表1 取樣方向對拉伸試驗結果的影響

2.3 樣坯的切取和打磨

試樣切取時由于加工硬化和變形會對試驗結果產生一定影響。圖1～圖3為某材料采用不同加工方式不同加工方式下熱影響區的測定。

圖1 沖床加工未處理（加工硬化區大約0.081mm）

圖2 沖床＋磨床處理（加工硬化區大約0.002mm）

圖3 沖床＋銑床加工（加工硬化區大約0.014mm）

通過拉伸試驗我們可清楚看到不同的加工方式下同一材料的力學性能也有所不同，主要表現在屈服強度和延伸率上，具體結果如表2。

表2 不同加工方式下拉伸試驗結果

從上面分析來看，由于試樣加工硬化產生的熱影響區越大，其屈服強度越高，而延伸率相應降低。因此，試樣需經過去加工硬化處理（如磨床、銑床精加工），以達到試樣結果接近板材的真實值。因此，切取樣坯時應留有足夠的機加工余量，同時把受熱或冷加工硬化的部分完全打磨掉，以免影響性能的測定。

在實驗過程中，我們發現有些材料對裂紋非常敏感，如試驗的邊部毛刺或加工的微裂紋在拉伸過程中迅速擴展并首先從缺陷處發生斷裂，大大降低了延伸率，破壞了材料的綜合機械性能，可能在試驗結束前發生材料斷裂會造成試驗失敗。因此，在試樣加工最后工序中需要對試樣邊部進行研磨，去除邊部加工缺陷和夾雜；在材料沖壓過程中也盡量進行留余量。

2.4 試樣的尺寸精度

試樣的尺寸主要指平行部分尺寸。對矩形試樣而言，影響測量結果主要是平行部位的寬度和厚度。試樣厚度或寬度增大，即試樣原始橫截面積增大，抗拉強度和延伸率都明顯降低［2］，如材料厚度公差比較大、材質不均勻、組織缺陷嚴重，對試驗結果影響較大。因此，應特別重視試樣厚度的精確測量和試樣寬度的加工的精度。

3 結論

（1）影響金屬材料室溫拉伸試驗結果的因素較多，但試樣因素是最容易忽視的主要影響因子。

（2）試樣的尺寸、比例、取向方向是影響金屬材料室溫拉伸試驗結果的主要試樣因素，須嚴格按照相關技術條件取樣并嚴格控制試樣加工過程，減少試樣因子對拉伸試驗結果的影響。

（3）不同材料對拉伸試驗影響的敏感因子不同，需根據實際情況選擇試樣的取樣和制樣方式。

［1］國家標準GB／T 228—2008金屬材料拉伸試驗室溫試驗方法［S］.

［2］姜英波，吳佳雄.關于執行《金屬材料室溫拉伸試驗方法》標準若干問題的探討［J］.浙江建筑，2004，21（2）：42－44.