加工對金屬材料拉伸性能的影響研究

張玉鋒

摘要：在機械加工的過程中，對金屬材料的一些性能會產生影響，這本身也是機械加工的一個部分。同時，在機械加工過程中，我們要注意改變取樣方向、試樣形狀、加工條件、拉伸速度等方法使金屬材料的性能產生不同影響，以達到理想的加工目標。在做金屬材料拉伸時，要選擇恰當的主要方向和位置，按照理想條件完成相應的加工過程，避免材料拉伸性能產生過大影響，為金屬材料選擇合適的加工方法，可以更好的保證加工質量，提升加工效果。

Abstract： In the process of machining， some properties of metal materials will be affected， which is also a part of machining. At the same time， in the process of machining， we should pay attention to changing the sampling direction， sample shape， processing conditions， tensile speed and other methods to make the properties of metal materials have different effects in order to achieve the ideal processing goal. When drawing metal materials， we should choose the appropriate main direction and position， complete the corresponding processing process according to the ideal conditions， avoid the excessive influence of the tensile properties of the materials， and select the appropriate processing methods for metal materials. Can better guarantee the processing quality， improve the processing effect.

關鍵詞：加工;金屬材料;拉伸性能;影響;研究

Key words： processing;metal material;tensile properties;impact;research

中圖分類號：TG115.52? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2020）23-0122-02

0? 引言

大多數金屬材料本身都有較好的延展性，因此在金屬試樣加工過程中常常對金屬材料的拉伸性能做檢測，其中拉伸的強度、屈服點、屈服強度、延長率、面積縮減量和彈性模量等，都是拉伸實驗的基本參數。借助拉伸實驗，選擇一種應用廣泛的金屬材料力學性能實驗辦法，結合實驗的結果，我們可以更好地將金屬材料做成原胚加工，從而完成拉伸性能實驗，這是材料性能測試的一個重要流程。現已Q235B和Q345B兩種板材鋼板為研究對象，探索加工對金屬材料拉伸性能的影響。

1? 取樣方向對金屬材料拉伸性能的影響

選擇金屬材料做拉伸實驗時，我們一般選取三個方向：即橫向、縱向、45°方向做矩形拉伸取樣。縱向拉伸就是平行于壓制方向進行取樣，而橫向拉伸取樣則是垂直于壓制方向進行取樣，45°方向就是與壓制方向線成45°角的位置做縱向取樣。在適宜條件下完成拉伸實驗之后結果顯示：兩種鋼材在橫向取樣后斷后延伸率都出現了明顯的差值，而且取樣后延長率均值都低于結構鋼標準技術值的要求。

在壓力加工過程中將金屬晶體的夾雜物、金屬材料、晶粒與夾雜物會沿著主變形方向進行流動排列，進而產生金屬纖維組織，并且這類纖維組織會產生一定的方向性，使金屬材料的力學性能發生變化。金屬材料在冷加工時會產生組織結構會參與，因而材料的力學性能在各個方向上都產生差異變化，也就是為什么在平行于壓制方向進行縱向取樣時，材料的力學性能會較好，而垂直于壓制方向進行縱向取樣時，力學性能會較差。

2? 取樣位置對材料力學性能產生的影響

按照均值法、差異取樣法，選取了Q235B鋼板？準40mm和？準60mm的兩種材料，分別在其中心和1/4直徑處做圓形取樣，對Q345鋼板則在腿寬和要高1/3處進行矩形取樣實驗，均取十個樣品進行拉伸。結果顯示，圓鋼1/4直徑處獲得要抗拉伸強度要高于中心位置，但斷后延伸率的值則低于中心位置;而槽鋼在腹板1/3處的屈服強度與拉伸強度要高于翼緣處;段后延長率則低于翼緣處。但是兩者的測試結果均高于GB/T1591-2008的結構鋼技術指標。

取樣位置會對材料的拉伸性能產生一定影響，這是因為材料加工的過程中，他們其中的化學成分、金相組織、液晶缺陷、加工變形分布等，都存在不均勻的特征，而金屬板材在澆筑時，如果模具位置不同，他們的流速也不相同，材料局部的化學成分就為不均勻，流動金相組織整體分布也不均衡。最后這些值都會體現在材料的力學性能數值上。擠壓成型的材料從口模中通過時，也會因為口模的形狀而出現，其中各種成分流速不一致，使得材料的精密度不同，位置上的力學性能也表現出一定的差異性。因此，對圓鋼在做拉伸實驗時，要根據直徑不同選擇不同取樣位置，以使實驗效果更加精確。以直徑小于25mm的圓鋼為例，在1/2直徑處取樣是最佳位置;槽鋼的拉伸實驗則取樣位置是1/4腰高位置或1/3腿寬位置為宜。在取樣過程中這些位置一般都是鋼材整體上最為薄、脆的位置，這些位置的取樣結果合格，證明材料的拉伸性能比較好。但是具體的材料還要考慮其熔鑄加工過程是否合格，材料局部分布是否均勻等問題，以綜合選擇取樣位置。

3? 試樣加工對金屬材料拉伸性能的影響

在金屬材料加工的過程中，需要采用加工方式進行車、銑、鉆、刨、磨等多種方式進行外部加工，最終將材料加工為理想的現狀，用于后續工序的使用。但是在對材料進行加工的過程中，會對材料的一些性能產生破壞或其他影響。雖然我們機械加工過程中需要遵循不破壞樣品的原則，但是因為材料本身在熱變化、外部壓力產生變化時，其性能還是會產生一些變化，所以我們也必須要研究試樣加工過程對金屬材料拉伸性能可能產生哪些影響，以更好地完善金屬材料加工的工藝流程。

3.1 加工條件對金屬材料拉伸性能的影響

根據需要加工成型的零件，我們需要選擇適當的溫度、時間和壓力來完成金屬材料的加工，而在這個過程中會對金屬材料的拉伸性能產生多種影響，這其中橫向拉伸強度所受的影響最為突出。

一般情況下，對橫向拉伸的影響表現為以下方面：隨著溫度的升高，金屬材料內部的分子運動的能量、熔體的自由體積以及鍛鏈活動能力都會顯著增強，這就導致分子間的相互作用力會降低，離子之間的粘合度也會縮減，所以金屬材料在較高的溫度下，能夠很好的增強橫向拉伸的強度。但是金屬材料橫向拉伸的強度并不是隨著溫度的升高直線上升，當溫度過高時，就會導致金屬內部一些大分子鏈斷裂不良，進而使得金屬材料的拉伸性能減低，所以必須選擇適宜的溫度，才能更好的提升金屬材料的拉伸性能。

3.2 加工時間對金屬材料拉伸性能的影響

金屬材料橫向拉伸的強度，也會隨著加工時間的改變而產生一些變化，總體趨勢也是先增長而后趨于平緩的狀態。所以說如果加工時間過短，就容易導致金屬材料內部金屬粒子流通不良，進而使金屬材料橫向拉伸值有所降低，而材料的脆性會隨之增加。當金屬材料的橫向拉伸性能達到最佳程度之后，即使我們用再多的時間進行拉伸來完成加工，也不會對它的拉伸性能產生太大影響。所以在金屬材料加工過程中要合理選擇加工時間，避免人力物力的浪費。

3.3 加工壓力對金屬材料拉伸性能的影響

金屬材料的橫向拉伸性能還受到壓力的影響，表現出的也是先增強后減弱的趨勢。當壓力在3MPa到7MPa之間時，金屬材料橫向拉伸的強度會隨著壓力的增加而增加，但當壓力超過7MPa時，橫向拉伸的強度又會隨著壓力的增加而降低。因此，我們在對金屬材料進行橫向加工時，要對加工壓力作出有效選擇，從而保證金屬材料的橫向拉伸性能在最佳狀態。這樣加工而成的模具也會具有優良的性能。

3.4 拉伸速度對金屬材料拉伸性能的影響

金屬材料自身性能的一些影響集體體現在金屬材料的內部，在金屬材料加工的過程中，拉伸的速度也會對金屬材料的拉伸性能產生一些影響。大多數金屬材料的內部都存在著多種金屬晶體、金屬間雜物及其他一些雜質，因此在金屬材料的內部常常有位錯、粘合不良等晶體缺陷。在通常狀態下，金屬材料的整體性能表現比較一致，但是當外部產生彈性形變或塑性變形的加工過程發生時，就會對金屬材料的拉伸性能就會產生一些影響。金屬材料塑性變形主要是依靠拉伸的方式來完成，通過外力加工使金屬材料的相對滑動超過滑移的臨界值，這樣就會使金屬晶體產生晶向和晶面的運動。在這個過程中會有一個運動速度，故而在金屬材料拉伸的過程中，其強度會隨著拉伸溫度的提高而提高，而且在金屬材料拉伸的過程中，拉伸的時間會存在一定的滯后性。如在較低的速度下拉伸拉伸材料大概可承受200kN的拉力，但隨著拉伸速度提高，如果同樣給予金屬材料200kN的拉力，則會因為位錯密集而使得金屬材料的拉伸性能驟降，導致金屬材料斷裂。故而在對金屬材料進行拉伸加工時，要選擇合適的速度和壓力，既能夠保證金屬晶體滑移的產生，同時還要兼顧材料本身的拉伸性能，不能使金屬材料發生斷裂。

3.5 加工式樣對金屬材料拉伸性能的影響

在金屬材料加工的過程中，我們一般對試樣進行切取制備等多個步驟，樣胚的形狀、大小、尺寸、制備方法不同，均會對材料的拉伸性能產生一些影響。首先，如果在和壓制方向相同的部位取樣，能夠增加金屬的拉伸強度和屈服強度。另外，材料的拉伸性能還會受到組織結構、化學成分等不穩定因素的影響。現在很多鋼材為了增加韌性，調整材料的拉伸性能，一般會混入一些粒子形成合金材料，就會使材料的拉伸性能產生很大差別。另外，材料的一些加工方式，如冷剪、砂片切割、火焰刀割等方式則對材料的力學性能產生多種影響。當前我們在對金屬材料加工時，一般金屬材料切割的理想狀態是其橫截面尺寸均勻一致，在發生形變之前切取目標樣本。但是在實際加工過程中，由于刀具或機床的原因，或者是加工方式出現偏差，常常使試樣在加工過程中產生一定的形狀公差，如一端大，另一端小;兩端大，中間小;或中間大，兩端小等情況都有發生。當金屬材料產生這一些形變誤差時，就會對其拉伸性能產生多種影響。

總之，我們在對金屬材料進行切割和制備的過程中，要想達成理想的加工狀態，不僅要選擇理想的尺寸和位置，同時要盡量防止材料受熱、時間、壓力、速度等使其拉伸性能產生影響。另外，在切配取樣時，盡量多預留一些加工余量，這樣就可以把受熱或硬化的部分去掉，從而使切割邊緣盡量整齊，材料整體性能更加穩定。

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