鋁合金及鈦合金拉伸試驗中的特殊現象分析

張莉

摘 要：鋁合金實際應用中較為廣泛，鈦合金具備較大的應用潛力，之所以此兩種技術材料可以具備以上特點與這兩種金屬材料本身屬性有很大的關系。本文采用拉伸試驗法針對鋁合金及鈦合金機械屬性進行分析，希望可以更為深入分析鋁合金及鈦合金的機械屬性，為之后鈦合金與鋁合金的實際應用提供一定幫助。

關鍵詞：鋁合金;鈦合金;拉伸試驗;特征

金屬拉伸試驗屬于檢測金屬機械性能主要試驗之一，通過金屬拉伸實驗可以分析被測試金屬材料在軸向拉伸的荷載情況下具體特性變化等，更為全面準確掌握金屬材料塑性、屈服性、抗拉強度、斷面收縮率、伸長率等。技術人員可以結合金屬材料具體機械屬性情況，將金屬運用到合適的領域中去，不斷提升金屬材料利用質量。

1.鋁合金及鈦合金拉伸試驗設計

1.1實驗材料

實驗材料分別為鋁合金與鈦合金材料，將兩種待測試材料加工成標準試件，該實驗中標準試件為圓柱體試件尺寸規格為20.00mm（直徑）×250mm（長度），以便于之后進行實驗比較分析。其中所選擇的鋁合金材料為Al5083鋁合金，化學成分為Al（93.15%）、Mn（0.80%）、Cu（0.10%）、Si（0.40%）、Fe（0.40%）、Mg（4.60%）、Zn（0.25%）、Cr（0.15%）、Ti（0.15%）。所選擇鈦合金為TC4鈦合金化學成分為Ti（91.405%）、Ni（0.01%）、C（0.06%）、Si（0.07%）、Fe（0.08%）、Mo（0.015%）、V（4.29%）、Al（5.42%）。

1.2實驗目的

定性了解鋁合金與鈦合金在拉伸作用下變化情況，分析鈦合金及鋁合金在硬度、抗拉強度、屈服強度、伸長率、斷面收縮率、彈性模量等方面上的特征，研究兩種材料在機械性能方面上存在差異性。

1.3實驗前準備

按照實驗需要準備好實驗所需要的材料，為了盡可能使得實驗結果準確，本實驗分別選擇尺寸規格相同的Al5083鋁合金與TC4鈦合金試驗件兩組，每一組2件，最終實驗結果選擇Al5083鋁合金與TC4鈦合金實驗結果平均值。實驗設備為液壓式萬能試驗機，型號為WEW-600D，該萬能試驗機最大負荷600k，精度為1，同時該萬能試驗機具有微機屏方便在實驗過程中觀察數據變化情況。實驗之前實驗人員需要做好相應實驗準備，準備好記錄所需筆記本電腦、安全防護等。

1.4實驗過程

測量人員按照萬能試驗機具體操作流程，選擇合適的夾頭將萬能試驗機工作臺調整到適當的位置。待工作臺調整完畢后分別將試件準確安裝到萬能試驗機工作臺上。待試件安裝結束并檢查安裝牢固之后，實驗人員在試驗機顯示屏相關程序中填寫實驗試件直徑、長度等參數。填寫完畢后實驗操作人員手動緩慢打開送油閥門，使拉力慢慢增加，觀察試件變化情況。

2.鋁合金及鈦合金拉伸試驗中的特殊現象分析——試驗結果及分析

2.1鋁合金及鈦合金拉伸試驗結果

實驗人員將實驗結果準確記錄在筆記本相應表格中，并利用Excel 2019對測試數據進行處理，數據處理上分別選取Al5083鋁合金組與TC4鈦合金組實驗結果的均值，具體實驗結果如下表1。

2.2鋁合金及鈦合金拉伸試驗中的特殊現象分析——結果分析

鋁合金及鈦合金拉伸試驗中的特殊現象可以從二者相同點與不同點兩方面進行分析。鋁合金及鈦合金都屬于塑性金屬材料，在整個金屬拉伸實驗過程中，Al5083鋁合金與TC4鈦合金變形整體過程大致相同，具體鋁合金及鈦合金拉伸表現過程如下：（1）外形變化不明顯階段。在屈服強度之前，鋁合金及鈦合金在拉伸實驗中整體外形無明顯變化[1]。（2）塑性形變階段。當拉伸強度達到鋁合金及鈦合金屈服強度之后，Al5083鋁合金與TC4鈦合金試件整體形狀逐漸拉伸，當施加在鋁合金及鈦合金試件上的荷載去除后，試件無法恢復到實驗之前的狀態，此時施加外力停止，試件依舊會發生一定伸長現象，說明達到屈服強度之后材料已經失去對外力抵抗能力，即金屬材料出現屈服。屈服階段過后，鋁合金及鈦合金在外力影響下繼續發生塑性形變，試件繼續拉伸，試件的抗力也在隨著逐漸增加，試件出現加工硬化現象。（3）縮頸及斷裂。鋁合金及鈦合金試件在外力作用下達到一定程度后出現縮頸現象，縮頸現象會持續一段時間，之后試件瞬間斷裂[2]。

Al5083鋁合金與TC4鈦合金機械性能存在較大差異，從上述金屬拉伸實驗結果可知TC4鈦合金在金屬機械性能方面要優于Al5083鋁合金。（1）TC4鈦合金抗拉強度與硬度要高于Al5083鋁合金。通過兩者金屬拉伸實驗可知，TC4鈦合金抗拉強度大于Al5083鋁合金219MPa，在硬度上大于Al5083鋁合金85HB，說明同等環境下TC4鈦合金適應外界環境能力要更強。（2）TC4鈦合金屈服強度、伸長率、斷面收縮率、彈性模量要優于Al5083鋁合金，在屈服強度上TC4鈦合金高于Al5083鋁合金233MPa，伸長率、斷面收縮率高Al5083鋁合金9%，彈性模量高于Al5083鋁合金37.5GPa。說明TC4鈦合金承壓能力要高于鋁合金，在達到鋁合金界值情況下鈦合金依舊可以保持不錯狀態，為其廣泛利用提供了無限可能[3]。

結語

通過鋁合金及鈦合金拉伸試驗中的特殊現象分析，可以得知鈦合金在機械性能方面優于鋁合金，但其在經濟適用性方面卻要低于鋁合金。未來鈦合金在發展過程中不得不要克服成本與技術問題，只有不斷推進鈦合金生產技術提升、生產產本降低，才能進一步助力鈦合金的全面應用。

參考文獻

[1]張浩，鄭曉斐，余澤利.鈦合金拉伸試驗控制方式和試驗速率的探討[J].世界有色金屬，2018，509（17）：170+172.

[2]蘇麗鳳，武晶晶，翟通德.基于SVM法的Gr5鈦合金拉伸實驗變化規律方法的研究[J].山東化工，2018，（20）：79-80.

[3]王曉晨，付雪松，陳國清.表面納米化對鈦合金與鈦鋁合金擴散連接影響的研究[J].熱加工工藝，2019，（009）：27-30.