TA2鈦板室溫拉伸方法及速率對試驗結果的影響

董曉鋒 王冠軍 楊再江 楊學新

（新疆湘潤新材料科技有限公司 哈密 839000）

單向靜拉伸試驗是工業上應用最廣泛的金屬力學性能試驗方法之一，其中抗拉強度代表金屬材料在外力作用下抵抗變形和破壞的能力，屈服強度代表金屬材料起始塑性變形抗力，伸長率考量的是材料斷裂前發生塑性變形的能力[1]。

1 試驗

1.1 試樣制備

選擇6 個批號經退火熱處理，規格為δ8 的TA2板材，每個批號分成兩組，一組按照國標GB/T228.1中表D.2 矩形橫截面比例試樣中的P7 加工試樣，試樣寬度20 mm，平行段長度70 mm。另一組按照美標ASTM E8/E8M-16a 加工成寬度為12.5 mm，標距為50 mm的試樣。

1.2 試驗設備

采用美特斯CMT5205電子拉力試驗機，配備0.5級20 kN負荷傳感器和0.5級標距為50 mm的電子引伸計。

1.3 試驗方案

GB/T228.1-2010 中方法A 定義了兩種不同的應變速率控制模式，基于引伸計反饋得到的應變速率

采用國標進行拉伸試驗時，利用公式1計算屈服前橫梁位移速率可選擇范圍為0.235 2～1.26 mm/min，屈服后為0.84～33.786 mm/min。根據美標進行試驗時屈服前應變速率計算范圍為0.5～1 mm/min，屈服后2.5～25 mm/min[4]。

本次試驗選用6 個批號的TA2 板材加工成拉伸試樣，每個批號分別加工成一個國標試樣和兩個美標試樣。采用國標拉伸時，屈服前速率選用0.3 mm/min。采用美標拉伸試驗時，其中一個試樣拉伸試驗時屈服前速率選用0.3 mm/min，另外一個試樣拉伸試驗時，其中三個批號屈服前拉伸速率選用0.6 mm/min，另外三個批號屈服前拉伸速率選用0.9 mm/min，分別用于國標試驗方法的比對和采用相同方法時比對拉伸速度對屈服和抗拉強度的影響。試樣屈服后應變大于2%時摘取引伸計，屈服后拉伸速度全部選用10 mm/min。

2 試驗結果與討論

2.1 試驗結果

拉伸試驗結果如表1所示。

2.2 國標與美標試驗方法對拉伸結果的影響

由表1可以看出，美標試驗方法比國標試驗方法在抗拉強度Rm和屈服強度RP0.2結果中呈現出整體偏大現象，批號不同，偏大程度不同。對國標和美標兩種寬度的試樣進行理想化處理，國標試樣寬度為20mm，寬度和厚度比值較大，將試樣的受力情況簡化為只受縱向的應力，處于平面應力狀態。美標的試樣寬度為12.5mm，寬度和厚度比值變小，橫截面接近于正方形，拉伸試樣原來所受的單向應力狀態被破壞，出現三向應力狀態，在三向應力狀態下，材料的塑性變形比較困難，為了繼續塑性變形，就必須提高軸向應力，最終的結果表現為美標的抗拉強度和屈服強度都比國標的要高[5]。

表1 拉伸試驗結果

2.3 拉伸速率對拉伸試驗結果的影響

采用美標試驗方法試驗時，屈服前速率為0.6 mm/min 比0.3 mm/min 屈服強度平均大約7 M Pa。0.9 mm/min 比0.3 mm/min 屈服強度平均大約11 M Pa，隨著應變速率的增大，屈服強度隨之增大，且有減緩趨勢。其主要原因是隨著應變速率的增加，晶體開動的位錯源數量增多，滑移系增多，不同位錯源釋放出的位錯，導致位錯密度增大，位錯之間形成位錯鎖、位錯塞積或纏結等交互作用，阻礙位錯運動能力增強，這就需要更大的外力才能繼續維持其應變[2][3][6]，這也從一定程度上解釋了屈服強度隨應變速率的增大而增大的原因。屈服后，應變速率相同，抗拉強度和斷后伸長率則不受影響。

3 結論

（1）分別采用國標與美標試驗方法進行TA2 板材拉伸試驗時，在應變速率相同的情況下，美標試驗方法比國標試驗方法在抗拉強度Rm和屈服強度RP0.2結果中呈現出整體偏大情況，批號不同，偏大程度不同。斷后伸長率國標比美標大0.5%～1.5%，屈服強度和抗拉強度的差值基本保持一致。

（2）鈦及鈦合金具有連續屈服特征，采用美標方法拉伸時，屈服前，不同應變速率對屈服強度的影響較為明顯，0.6 mm/min比0.3 mm/min進行試驗時屈服強度平均大約7 M Pa；0.9 mm/min比0.3 mm/min屈服強度平均大約11 M Pa，隨著應變速率的增大，屈服強度隨之增大，且有減緩趨勢。屈服后，應變速率相同，抗拉強度和斷后伸長率則不受影響，從而也體現出隨著屈服前應變速率的提高。