金屬材料拉伸試驗中夾持部分對力學性能的影響

尹 玲

（招商局重慶公路工程檢測中心有限公司，重慶 400000）

現階段國內在進行金屬材料拉伸實驗時，通常情況下采用楔形夾具作為實驗用具，這種夾具的夾持方式較為靈活，對金屬材料試樣頭部的形狀要求也并不嚴格，因此廣泛受到業內人士的青睞。本文的研究技術以國標GB/T288.1-2010《金屬材料拉伸試驗第1部分：溫室實驗法》中率先使用的拉伸標準樣式R4，即標準試樣直徑φ10mm的圓形截面積比例試樣。金屬材料試樣頭部夾持尺寸方面制定了三個標準,根據金屬材料拉伸過程遵循的發展階段，即由彈性階段到塑性階段最后到斷裂階段的變化過程，解釋說明金屬材料頭部夾持尺寸在不同的長度標準下對金屬材料塑性以及強度指標的影響，作為評價其對力學性能的影響的參考和依據。

1 金屬材料試樣制備

金屬材料試驗材料選用普遍的16MnP正火態鋼板。根據GB/T2975-1998《鋼及鋼產品力學性能試驗取樣位置及制備》中的相關要求，對試樣所用樣坯進行制取。并將其加工成10mm規格的圓棒拉伸樣式，分別制取夾持頭部長度為10mm、20mm、30mm的試樣，并對三種尺寸的試樣各取十件進行拉伸試驗。

2 試驗方式

選用微機控制電液伺服萬能試驗機作為試驗設備，該設備最大負荷為60kN,所需配備的楔形夾具高度為90mm。采用應力速率控制的試驗速率方法B，主要從兩個階段設置試驗速率，其一為自開始至屈服階段的位移速率為每分鐘10mm，其二為試樣從屈服階段到斷裂階段的位移速率為每分鐘15mm[1]。

3 試驗結果

對試樣夾持頭部長度為10mm、20mm、30mm的試樣進行測試，試樣編號通過圖中數字表示，其試驗數據如表1、表2、表3所示。

表1 夾持頭部長度為10mm時拉伸結果

表2 夾持頭部長度為20mm時拉伸結果

表3 夾持頭部長度為30mm時拉伸結果

通過分析各圖表中的信息，可以得出強度指標Rm與塑性指標A、Z并不存在明顯差異。

當置信概率P的值為95%，包含因子K95的值為2時，各自的擴展均不在確定范圍內。在強度的平均值差值的最大值為22MPa時，試樣的屈服強度擴展明顯高于不確定范圍。

4 討論

在對試樣進行試驗的過程中，低合金鋼16MnR正火態材料力-位移曲線中無明顯的屈服臺階，因此利用塑性延伸強度替代下屈服長度ReL作為試驗數據，并規定塑性延伸強度的取值需與拉伸曲線中彈性階段線性保持聯系。

相關研究表明，伸長率和斷面收縮率表示材料在斷裂前經受塑性變形的能力，試樣的延長率越高，其斷面收縮率就越高，表明金屬材料的塑性越高[2]。

5 結論

綜上所述，在使用V型楔形夾具在進行金屬材料圓形截面拉伸實驗時，若材料的下屈服強度不明顯，使用非比例延伸強度考評金屬材料的屈服極限時，需保證夾持頭部的有效長度，對于金屬材料標準樣式φ10mm的圓形截面拉伸樣式，建議金屬材料試樣頭部夾持長度尺寸在φ20mm以上，對于金屬材料標準樣式20mm的圓形截面拉伸樣式，建議金屬材料試樣頭部夾持長度尺寸在30mm以上，以保證數據具有實驗價值。