6005A T6鋁合金室溫拉伸實驗方法分析

楊 麗，韓 超，張 冰，田曉龍，吳海旭

(遼寧忠旺集團有限公司，遼寧 遼陽 111003)

近年來，隨著我國軌道交通工程建設的快速發(fā)展，市場對軌道交通車輛鋁材的需求越來越大[1-2]。6005A鋁合金屬Al-Mg-Si系鋁合金，具有中等強度、擠壓性好、耐蝕性良好等特點，適于制造軌道交通車體主體結構用的復雜截面多孔中空型材[31]。力學性能作為判定6005A T6鋁合金材料合格與否的最重要理化性能之一，一般皆通過室溫拉伸實驗方法測得。室溫拉伸實驗測定的力學性能指標，一方面可以作為評定鋁合金材料和優(yōu)選工藝的依據(jù)，對生產(chǎn)實際具有重要的指導意義；另一方面，室溫拉伸實驗可以揭示材料基本力學行為規(guī)律，是研究材料力學性能的基本實驗方法[4-5]。GB/T 228.1—2010是目前我國鋁合金材料室溫拉伸實驗常采用的標準方法。

本文以6005A T6鋁合金為對象，分別采用應力、應變和橫梁位移控制方式進行室溫拉伸實驗，對比了不同控制方式下的實驗結果，得出了較為理想的實驗控制方法。

1 實驗部分

1.1 實驗材料

實驗選用公司生產(chǎn)的某型號鋁合金型材產(chǎn)品，其化學成分見表1，取樣位置見圖1。沿擠壓方向(縱向)加工成室溫拉伸試樣(見圖2)，平行部分長度為40 mm。

表1 試樣化學成分(質量分數(shù)，%)

圖1 產(chǎn)品形狀及取樣位置Fig.1 Product shape and sampling position

圖2 試樣加工圖紙Fig.2 Drawing of processing sample

1.2 實驗設備

日本島津公司的AG-X 100KN電子萬能試驗機，測量分辨率0.01N；0.5級全自動引伸計。

1.3 實驗方法

分別采用應變-應變控制、應變-行程控制、應力-應變控制和應力-行程控制四種控制方式，每種控制方式做三組實驗，每組實驗做3根試樣，最后取3根試樣實驗結果的平均值作為最終的測試結果進行對比分析。其中，應變速率和橫梁位移速率的轉換公式為：橫梁位移速率=應變速率×試樣的平行長度。實驗方法詳見表2。

2 結果與討論

不同控制方式下的室溫拉伸實驗結果見表3。圖3為方法一、方法二中每組實驗平均屈服強度和抗拉強度直觀對比圖，圖4為方法三、方法四中每組實驗平均屈服強度和抗拉強度直觀對比圖。

表2 實驗方法

表3 實驗結果(平均值)

圖3 方法一、二中每組平均屈服強度和抗拉強度對比Fig.3 Comparison of average yield strength and tensile strength of each group in method 1 and 2

由圖3、圖4可以看出，方法一與方法二中，相對應的3組實驗結果的屈服強度最大相差8 MPa，最小相差2 MPa；抗拉強度最大相差5 MPa，最小相差0。方法三與方法四中，相對應的3組實驗結果：屈服強度的最大相差9 MPa，最小相差0；抗拉強度的最大相差4 MPa，最小相差0。

圖4 方法三、四中每組平均屈服強度和抗拉強度對比Fig.4 Comparison between average yield strength and tensile strength of each group in method 3 and 4

方法一與方法二在第一階段均使用相同的應變速率進行實驗，所測得的屈服強度存在一定的誤差；第二階段分別使用應變速率和應變速率等效轉換成的橫梁位移速率控制進行實驗，所測得的抗拉強度比較接近。同理，方法三與方法四所測得的屈服強度也存在一定的誤差，所測得的抗拉強度也比較接近。

因四種實驗方法中所測得的屈服強度均存在一定的誤差，故不能單純以實驗結果來篩選理想的實驗方法。因此，在滿足國家標準GB/T 228.1—2010的前提下，結合生產(chǎn)中檢驗的實際情況，下面從實驗效率(即實驗用時長短)、對設備(引伸計)的損耗情況和曲線的完整性三方面對本次實驗結果進行討論分析。

四種實驗方法中，綜合考慮每種方法的第3組實驗都是相對速率最快的，因此實驗過程用時也相應最短的。圖5～圖7分別為四種控制方法中用時最短的第3組實驗時間-載荷曲線對比圖。

由圖5、圖6可知，方法一與方法二在第一階段(應變速率控制)轉換到第二階段(應變速率控制和橫梁位移速率控制)時，時間-載荷曲線上出現(xiàn)不連續(xù)性，而方法三與方法四在第一階段(應力速率控制)轉換成第二階段(應變速率控制和橫梁位移速率控制)時，時間-載荷曲線上沒有出現(xiàn)不連續(xù)性，并且曲線比較平滑、完整。同時可以看出，方法一與方法二所用的實驗時間基本相近；方法三與方法四所用的實驗時間基本相近。

圖5 方法一、二中第3組實驗曲線對比Fig.5 Comparison of test curves between third sets of method 1 and 2

圖6 方法三、四中第3組實驗曲線對比Fig.6 Comparison of test curves between third sets of method 3 and 4

圖7 方法二、四中第3組實驗曲線對比Fig.7 Comparison of test curves between third sets of method 1 and 4

由圖7可知，方法四所用的實驗時間比方法二所用的時間短。

此外，方法一與方法三在實驗的過程中，需要全程加載引伸計來輔助完成，在試樣拉斷時，對引伸計有一定的損耗影響。而方法二和方法四，只有在第一階段應變速率控制和應力速率控制時需要加載引伸計，而第二階段則通過橫梁位移速率控制來完成，不需要加載引伸計，因此對引伸計幾乎無損耗影響，或明顯好于方法一與方法三。

3 結論

實驗在不考慮實驗機柔度的前提下進行，四種實驗方法均滿足國家標準GB/T 228.1—2010要求，綜合考慮實驗結果、實驗效率(實驗用時長短)、實驗設備(引伸計)損耗和實驗曲線的連續(xù)性等因素，推薦采用方法四，即應力-行程控制方法進行6005A T6鋁合金室溫拉伸實驗。