本文總結(jié)了試驗(yàn)溫度效應(yīng)、加載速率效應(yīng)、試驗(yàn)條件及試樣工藝效應(yīng)、偏心效應(yīng)和試驗(yàn)剛度對材料拉伸試驗(yàn)強(qiáng)度的影響。從應(yīng)力分析和變形能的角度對影響材料拉伸試驗(yàn)強(qiáng)度的主要技術(shù)因素進(jìn)行了力學(xué)分析,給出了獲取試驗(yàn)準(zhǔn)確數(shù)據(jù)的若干建議。

[關(guān)鍵詞] 拉伸試驗(yàn) 屈服強(qiáng)度 抗拉強(qiáng)度

屈服強(qiáng)度σs、抗拉強(qiáng)度σb等參數(shù)是金屬材料zui富代表性的力學(xué)性能指標(biāo)，是工程設(shè)計(jì)、機(jī)械制造的主要依據(jù)，這類力學(xué)性能指標(biāo)的分析和研究對于從事基礎(chǔ)理論研究和分析工程事故具有非常重要的意義。

試驗(yàn)測試是獲取材料的強(qiáng)度等力學(xué)性能指標(biāo)的可靠方法。例如可拉伸、壓縮、彎曲試驗(yàn)的方法等等。其中，拉伸試驗(yàn)方法是檢驗(yàn)材料力學(xué)性能的一種zui重要、zui有效和zui常用方法。但是，要準(zhǔn)確地測得材料的拉伸性能，應(yīng)有技術(shù)先進(jìn)、功能齊全、質(zhì)量可靠的試驗(yàn)機(jī)，同時(shí)還必須正確掌握試驗(yàn)方法，排除各種不利的因素，否則處理不當(dāng)，就會引入很大的誤差。本文探討試驗(yàn)機(jī)技術(shù)狀態(tài)、試驗(yàn)條件和測試技術(shù)等相關(guān)的技術(shù)因素對材料拉伸試驗(yàn)強(qiáng)度的影響。

1 影響材料拉伸試驗(yàn)強(qiáng)度的因素

金屬材料的屈服強(qiáng)度σs是材料塑性變形開始時(shí)單位面積上所需的zui低載荷，它標(biāo)志著金屬材料對于起始微量塑性變形的抗力。σs值對不同的金屬材料表現(xiàn)的敏感程度不同，例如退火低碳鋼、不銹鋼出現(xiàn)鋸齒狀平臺，而高碳鋼僅出現(xiàn)明顯的拐點(diǎn)。大多數(shù)的合金鋼、高溫合金、鋁合金、鎂合金、鑄鐵等則無明顯的屈服現(xiàn)象。為了表示不同金屬材料對微量塑性變形的抗力和比較試驗(yàn)結(jié)果，規(guī)定塑性變形為某標(biāo)準(zhǔn)長度(試樣標(biāo)距)的0.2%時(shí)的應(yīng)力，用σ0.2表示，稱為條件屈服強(qiáng)度；抗拉強(qiáng)度σb則反映了材料抵抗大塑性變形和斷裂破壞的能力。材料的強(qiáng)度是材料本身固有的屬性，但度量材料強(qiáng)度的指標(biāo)如σs和σb等指標(biāo)受諸多技術(shù)因素影響，實(shí)質(zhì)上即為材料的“試驗(yàn)強(qiáng)度”，主要涉及到試驗(yàn)機(jī)技術(shù)狀態(tài)、試驗(yàn)條件和測試技術(shù)，包括試驗(yàn)溫度、加載速度、應(yīng)力狀態(tài)、介質(zhì)環(huán)境、試驗(yàn)剛度、試驗(yàn)機(jī)示值超差、測試方法等。本文基于長期的強(qiáng)度測試實(shí)踐和已有的研究成果，將其歸納為拉伸試驗(yàn)強(qiáng)度的試驗(yàn)溫度效應(yīng)、加載速率效應(yīng)、試驗(yàn)條件及試樣工藝效應(yīng)、偏心效應(yīng)和試驗(yàn)剛度效應(yīng)?，F(xiàn)分述如下：

1.1 溫度效應(yīng) 隨著試驗(yàn)溫度的升高, 金屬材料的 σs (σ0.2)顯著降低。例如低碳鋼材料，隨著試驗(yàn)溫度升高，其屈服強(qiáng)度σs相應(yīng)降低且屈服平臺的長度逐漸縮短，直至某一溫度屈服平臺消失，σs不復(fù)存在；由于溫度升高使材料的晶界由硬、脆轉(zhuǎn)變?yōu)檐?、?使其抗力降低，因此，材料的σb在宏觀上也隨試驗(yàn)溫度的變化而改變。

1.2 加載速率效應(yīng) 材料的屈服點(diǎn)隨加載速率的增大而提高；室溫條件下，拉伸速度對強(qiáng)度較高的

金屬材料的σb 無影響，而對強(qiáng)度較低的、塑性好的金屬材料有微小的影響。拉伸時(shí)加載速率增大，σb有增高的趨勢。在高溫下，拉伸加載速率對σb有顯著的影響。

1.3 試驗(yàn)條件及試樣工藝效應(yīng) 金屬材料處于有害的介質(zhì)環(huán)境時(shí),試樣的屈服點(diǎn)降低。試樣的表面粗糙度對屈服點(diǎn)也有影響,特別是對塑性較差的金屬材料有較大的影響,有使屈服點(diǎn)降低的趨勢。

）1.4 偏心效應(yīng) 由于試驗(yàn)機(jī)的加載軸線與試樣的幾何中心不一致，所以嚴(yán)格的軸向荷載（圖1（a）

是很難獲得的，這就造成了試驗(yàn)機(jī)偏心加載、產(chǎn)生彎曲而引入測試誤差。考慮同軸度的影響，試樣受拉變形的簡化力學(xué)模型如圖1（b）所示。其中，幾何同軸度為e、力的同軸度為a。

1.5 試驗(yàn)剛度效應(yīng) 在材料的拉伸試驗(yàn)中，試驗(yàn)系統(tǒng)可視為試驗(yàn)機(jī)機(jī)身、夾具-加載系統(tǒng)和試樣三部分構(gòu)成的“可變形的試驗(yàn)系統(tǒng)”。顯然，試驗(yàn)機(jī)機(jī)身的剛度km、夾具-加載系統(tǒng)的剛度ks和受拉試樣的抗拉剛度EA共同構(gòu)成了“試驗(yàn)系統(tǒng)”的剛度。所以，試驗(yàn)機(jī)的彈性變形、夾具-加載系統(tǒng)的工作狀態(tài)和試樣本身的變形都會對試驗(yàn)產(chǎn)生影響，即試驗(yàn)剛度在一定程度上會影響試樣的試驗(yàn)強(qiáng)度指標(biāo)。在實(shí)踐中，不同剛度的試驗(yàn)機(jī)實(shí)測對比結(jié)果也反映了試驗(yàn)剛度對材料試驗(yàn)強(qiáng)度的影響。

2 分析與討論

2.1 試驗(yàn)溫度及加載速率的影響 已有的研究成果表明，試驗(yàn)溫度及加載速率對材料拉伸試驗(yàn)強(qiáng)度的影響是非常明顯的。

金屬材料試驗(yàn)的加載速率對測試結(jié)果影響是明顯的，特別是在高速加載條件下還會產(chǎn)生升溫效應(yīng)，升溫速率與變形應(yīng)力及變形速率成正比。升溫可以引起各種效應(yīng)。金屬材料在拉伸或壓縮時(shí)，如果形變速度較高，應(yīng)變較大，可使樣品溫度升高50℃,局部更高，這對材料的力學(xué)性能將產(chǎn)生重要影響。

2.2 同軸度的影響 在理想的情況下，試樣受軸向拉伸其任一橫截面上的應(yīng)力為

P Aσ= （1）

其中：Ａ為試樣的橫截面面積。

影響簡單拉伸試驗(yàn)結(jié)果的因素很多，只有在相同試驗(yàn)條件下的試驗(yàn)結(jié)果才有比較意義。而且，在簡單拉伸試驗(yàn)中常常會試驗(yàn)溫度效應(yīng)、加載速率效應(yīng)、試驗(yàn)條件及試樣工藝效應(yīng)、偏心效應(yīng)和試驗(yàn)剛度效應(yīng)等因素影響而引入一些附加的應(yīng)力，使材料的“試驗(yàn)強(qiáng)度”要小于真實(shí)存在的強(qiáng)度。因此，只有通過認(rèn)真分析、研究影響試驗(yàn)結(jié)果的因素，才能獲得準(zhǔn)確的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

3.1 遵循規(guī)范、仔細(xì)操作、認(rèn)真分析、將各種技術(shù)因素對材料試驗(yàn)強(qiáng)度的影響zui小化 例如，在屈服點(diǎn)之前，試驗(yàn)機(jī)兩夾頭的相對速率通常不大于原標(biāo)距長度的8%/min；仲裁試驗(yàn)時(shí)，要求試驗(yàn)機(jī)兩夾頭的相對速率不大于原標(biāo)距長度的2%/min等等。

3.2 使用符合要求的試樣，保證加載的對中度，盡量使用氣動或液壓夾具，減少偏心效應(yīng)的影響 在試驗(yàn)前，要對材料試驗(yàn)機(jī)同軸度進(jìn)行測量，使其保持在規(guī)程允許的范圍之內(nèi)，以保證材料拉伸強(qiáng)度受材料試驗(yàn)機(jī)同軸度的影響zui小。

試驗(yàn)的剛度也與試樣的尺寸和材料彈性模量有關(guān) 因此，3.3 試驗(yàn)剛度隨荷載P的增加而逐漸減小，試驗(yàn)剛度是我們在設(shè)計(jì)和選用試驗(yàn)機(jī)時(shí)不容忽視的一個(gè)重要問題。