金屬材料拉伸試驗 物理性能測試
通過對拉伸試驗數據進行分析比較，從拉伸試樣、取樣部位、試樣尺寸幾方面分析了試樣與金屬材料拉伸性能的關系。結果表明，試樣形狀、試樣尺寸、制樣原則、取樣位置等不同程度地影響著金屬材料的拉伸性能。在實際檢測工作中應正確認識這些因素對拉伸試驗結果的影響。
1、概述拉伸試驗可以測定金屬材料在單向靜拉伸條件下的基本力學性能指標，如彈性模量、泊松比、屈服強度、規定塑性延伸強度、抗拉強度、斷后伸長率、斷面收縮率、應變硬化指數和塑性應變比等。
力學性能試驗是對金屬材料的各種力學性能指標進行測定的一門實驗學科，其測定的對象被稱為試樣。金屬材料的力學性能指標是通過對試樣進行試驗獲得的。所謂試樣，就是經機加工或未經機加工后具有合格尺寸且滿足試驗要求狀態的樣坯。很多力學性能試驗都帶有破壞性，不可能將一批材料都作為試樣進行試驗來評價該材料的質量，而只能抽取一批材料中的一部分進行試驗，根據試驗的結果對這批材料的質量做出某種判斷。因此，試樣的真正意義在于它能代表所在的一批材料，這樣，正確取樣就成為了準確評定材料性能的重要環節。
筆者通過日常檢測中大量拉伸試驗數據進行分析比較，研究了試樣加工與金屬材料和緊固件拉伸性能的關系，以為實際拉伸試樣的加工和提高拉伸試驗精度提供參考。
2、拉伸試樣試驗表明，所用試樣的形狀和尺寸及加工質量對其性能測試結果有一定影響。為了測定金屬材料或緊固件的拉伸性能，根據GB/T3098.1-2010《緊固件機械性能 螺栓、螺釘和螺柱》標準，并使金屬材料拉伸試驗的結果具有可比性與符合性，拉伸試樣的取樣和制作，應遵照金屬材料力學及工藝性能取樣規定，如產品標準或供需雙方協議另有規定，應按其規定執行。
2.1試樣的形狀和尺寸
拉伸試樣的形狀與尺寸取決于被試驗的金屬材料產品的形狀與尺寸，可以為板材試樣、型材料試樣、棒材試樣、管材試樣、線材試樣及鑄件試樣等種類。緊固件中的螺栓、螺釘和螺柱都是棒材或線材制造，加工的形狀為圓試樣，可以進行機加工，也可以采用不經加工的原材料圓截面試樣。
2.2 制樣原則
以緊固件為例通常以實物零件直接試驗，如螺栓楔負載拉力試驗、保證載荷試驗等可不經機加工而進行試驗。但試樣拉力試驗檢測項目：抗拉強度(Rm)、下屈服強度(ReL)或規定塑性延伸強度(Rp0.2)、斷后伸長率(A)和斷面收縮率(Z)則應進行機加工。取樣部位、取樣方向和取樣數量是對緊固件性能試驗結果影響較大的三個因素。應在外觀及尺寸合格的長品上切取樣坯，符合GB/T2975-1998《鋼及鋼產品力學性能試驗取樣位置及試樣制備》規定，取樣時應對抽樣產品、材料、樣坯及試樣作出標記，以保證始終能識別取樣的位置和方向。
切取試樣的方法有很多，有冷剪法、火焰切割法、砂輪片切割法、機械加工法等。試樣在機加工過程中要防止冷變形或受熱而影響其力學性能，通常以切削加工為宜，進刀深度要適當，并充分冷卻，特別是最后一道切削或磨削的深度不宜過大，以免影響性能。
另外，試樣的尺寸和表面粗糙度應符合規定的要求，表面不應有顯著的橫向刀痕、磨痕或機械損傷、明顯的淬火變形或裂紋，以及其他可見的冶金缺陷。
3、 取樣位置以螺栓M42、M64為例
分別在其不同部位取縱向拉伸試樣，測得的拉伸試驗結果(均為8個試樣的平均值)如。
在產品的不同部位取樣，其拉伸性能存在差異。對于緊固件產品其中心處的抗拉強度，要低于其1/4直徑處的抗拉強度。其中6.8級M42螺栓相差22 MPa，約為中心處抗拉強度的3.39%;6.8級M64螺栓相差19 MPa，約為中心處抗拉強度的3.25%。對于8.8級螺栓不同取樣位置，其拉伸性能也存在差異。可見，取樣部位對試驗結果有著不可忽視的影響。
究其原因，由于金屬材料在熱加工及冷變形過程中，其化學成分、組織結構、冶金缺陷和加工變形分布不均，使得同一批、甚至同一產品的不同部位的力學性能出現差異。按照GB/2975-1998《鋼及鋼產品力學性能試驗取樣位置及試樣制備》規定，一般圓鋼拉伸試樣隨圓鋼直徑變化取樣位置不同，φ≤25mm時，從1/2直徑即中心處取樣;25mm<φ≤50mm時，在距圓截面表面12.5mm處取樣;φ>50mm時，在圓截面1/4直徑處取樣。
圓鋼取拉伸樣坯時，如試驗機能力允許，應盡可能取全截面做拉伸試樣，取樣方向均為縱向取樣。
4、 試樣尺寸圓形橫截面拉伸試樣的形狀尺寸及編號
拉伸試驗時，一般優先選用短比例試樣，但要保證原始標距不小于15mm，否則，建議采用長比例試樣或采用非比例試樣。
5、 結束語通過以上分析可以發現
拉伸試樣的取樣方向、取樣位置、取樣方法、試樣形狀、試樣尺寸及試樣制備方法等都有不同程度地影響著金屬材料或緊固件的拉伸性能。因此，在實際檢測工作中應正確認識這些因素對拉伸試驗結果的影響，拉伸試驗前應選擇正確的取樣部位和取樣方向，加工成規定的圓截面試樣，并避免樣坯和試樣在取樣過程中受到熱影響和加工硬化影響，同時應盡可能提高試樣的加工精度。
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