加工对金属材料拉伸性能的影响研究

张玉锋

摘要：在机械加工的过程中，对金属材料的一些性能会产生影响，这本身也是机械加工的一个部分。同时，在机械加工过程中，我们要注意改变取样方向、试样形状、加工条件、拉伸速度等方法使金属材料的性能产生不同影响，以达到理想的加工目标。在做金属材料拉伸时，要选择恰当的主要方向和位置，按照理想条件完成相应的加工过程，避免材料拉伸性能产生过大影响，为金属材料选择合适的加工方法，可以更好的保证加工质量，提升加工效果。

Abstract： In the process of machining， some properties of metal materials will be affected， which is also a part of machining. At the same time， in the process of machining， we should pay attention to changing the sampling direction， sample shape， processing conditions， tensile speed and other methods to make the properties of metal materials have different effects in order to achieve the ideal processing goal. When drawing metal materials， we should choose the appropriate main direction and position， complete the corresponding processing process according to the ideal conditions， avoid the excessive influence of the tensile properties of the materials， and select the appropriate processing methods for metal materials. Can better guarantee the processing quality， improve the processing effect.

关键词：加工;金属材料;拉伸性能;影响;研究

Key words： processing;metal material;tensile properties;impact;research

中图分类号：TG115.52                                 文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2020）23-0122-02

0  引言

大多数金属材料本身都有较好的延展性，因此在金属试样加工过程中常常对金属材料的拉伸性能做检测，其中拉伸的强度、屈服点、屈服强度、延长率、面积缩减量和弹性模量等，都是拉伸实验的基本参数。借助拉伸实验，选择一种应用广泛的金属材料力学性能实验办法，结合实验的結果，我们可以更好地将金属材料做成原胚加工，从而完成拉伸性能实验，这是材料性能测试的一个重要流程。现已Q235B和Q345B两种板材钢板为研究对象，探索加工对金属材料拉伸性能的影响。

1  取样方向对金属材料拉伸性能的影响

选择金属材料做拉伸实验时，我们一般选取三个方向：即横向、纵向、45°方向做矩形拉伸取样。纵向拉伸就是平行于压制方向进行取样，而横向拉伸取样则是垂直于压制方向进行取样，45°方向就是与压制方向线成45°角的位置做纵向取样。在适宜条件下完成拉伸实验之后结果显示：两种钢材在横向取样后断后延伸率都出现了明显的差值，而且取样后延长率均值都低于结构钢标准技术值的要求。

在压力加工过程中将金属晶体的夹杂物、金属材料、晶粒与夹杂物会沿着主变形方向进行流动排列，进而产生金属纤维组织，并且这类纤维组织会产生一定的方向性，使金属材料的力学性能发生变化。金属材料在冷加工时会产生组织结构会参与，因而材料的力学性能在各个方向上都产生差异变化，也就是为什么在平行于压制方向进行纵向取样时，材料的力学性能会较好，而垂直于压制方向进行纵向取样时，力学性能会较差。

2  取样位置对材料力学性能产生的影响

按照均值法、差异取样法，选取了Q235B钢板？准40mm和？准60mm的两种材料，分别在其中心和1/4直径处做圆形取样，对Q345钢板则在腿宽和要高1/3处进行矩形取样实验，均取十个样品进行拉伸。结果显示，圆钢1/4直径处获得要抗拉伸强度要高于中心位置，但断后延伸率的值则低于中心位置;而槽钢在腹板1/3处的屈服强度与拉伸强度要高于翼缘处;段后延长率则低于翼缘处。但是两者的测试结果均高于GB/T1591-2008的结构钢技术指标。

取样位置会对材料的拉伸性能产生一定影响，这是因为材料加工的过程中，他们其中的化学成分、金相组织、液晶缺陷、加工变形分布等，都存在不均匀的特征，而金属板材在浇筑时，如果模具位置不同，他们的流速也不相同，材料局部的化学成分就为不均匀，流动金相组织整体分布也不均衡。最后这些值都会体现在材料的力学性能数值上。挤压成型的材料从口模中通过时，也会因为口模的形状而出现，其中各种成分流速不一致，使得材料的精密度不同，位置上的力学性能也表现出一定的差异性。因此，对圆钢在做拉伸实验时，要根据直径不同选择不同取样位置，以使实验效果更加精确。以直径小于25mm的圆钢为例，在1/2直径处取样是最佳位置;槽钢的拉伸实验则取样位置是1/4腰高位置或1/3腿宽位置为宜。在取样过程中这些位置一般都是钢材整体上最为薄、脆的位置，这些位置的取样结果合格，证明材料的拉伸性能比较好。但是具体的材料还要考虑其熔铸加工过程是否合格，材料局部分布是否均匀等问题，以综合选择取样位置。

3  试样加工对金属材料拉伸性能的影响

在金属材料加工的过程中，需要采用加工方式进行车、铣、钻、刨、磨等多种方式进行外部加工，最终将材料加工为理想的现状，用于后续工序的使用。但是在对材料进行加工的过程中，会对材料的一些性能产生破坏或其他影响。虽然我们机械加工过程中需要遵循不破坏样品的原则，但是因为材料本身在热变化、外部压力产生变化时，其性能还是会产生一些变化，所以我们也必须要研究试样加工过程对金属材料拉伸性能可能产生哪些影响，以更好地完善金属材料加工的工艺流程。

3.1 加工条件对金属材料拉伸性能的影响

根据需要加工成型的零件，我们需要选择适当的温度、时间和压力来完成金属材料的加工，而在这个过程中会对金属材料的拉伸性能产生多种影响，这其中横向拉伸强度所受的影响最为突出。

一般情况下，对横向拉伸的影响表现为以下方面：随着温度的升高，金属材料内部的分子运动的能量、熔体的自由体积以及锻链活动能力都会显著增强，这就导致分子间的相互作用力会降低，离子之间的粘合度也会缩减，所以金属材料在较高的温度下，能够很好的增强横向拉伸的强度。但是金属材料横向拉伸的强度并不是随着温度的升高直线上升，当温度过高时，就会导致金属内部一些大分子链断裂不良，进而使得金属材料的拉伸性能减低，所以必须选择适宜的温度，才能更好的提升金属材料的拉伸性能。

3.2 加工时间对金属材料拉伸性能的影响

金属材料横向拉伸的强度，也会随着加工时间的改变而产生一些变化，总体趋势也是先增长而后趋于平缓的状态。所以说如果加工时间过短，就容易导致金属材料内部金属粒子流通不良，进而使金属材料横向拉伸值有所降低，而材料的脆性会随之增加。当金属材料的横向拉伸性能达到最佳程度之后，即使我们用再多的时间进行拉伸来完成加工，也不会对它的拉伸性能产生太大影响。所以在金属材料加工过程中要合理选择加工时间，避免人力物力的浪费。

3.3 加工压力对金属材料拉伸性能的影响

金属材料的横向拉伸性能还受到压力的影响，表现出的也是先增强后减弱的趋势。当压力在3MPa到7MPa之间时，金属材料横向拉伸的强度会随着压力的增加而增加，但当压力超过7MPa时，横向拉伸的强度又会随着压力的增加而降低。因此，我们在对金属材料进行横向加工时，要对加工压力作出有效选择，从而保证金属材料的横向拉伸性能在最佳状态。这样加工而成的模具也会具有优良的性能。

3.4 拉伸速度对金属材料拉伸性能的影响

金属材料自身性能的一些影响集体体现在金属材料的内部，在金属材料加工的过程中，拉伸的速度也会对金属材料的拉伸性能产生一些影响。大多数金属材料的内部都存在着多种金属晶体、金属间杂物及其他一些杂质，因此在金属材料的内部常常有位错、粘合不良等晶体缺陷。在通常状态下，金属材料的整体性能表现比较一致，但是当外部产生弹性形变或塑性变形的加工过程发生时，就会对金属材料的拉伸性能就会产生一些影响。金属材料塑性变形主要是依靠拉伸的方式来完成，通过外力加工使金属材料的相对滑动超过滑移的临界值，这样就会使金属晶体产生晶向和晶面的运动。在这个過程中会有一个运动速度，故而在金属材料拉伸的过程中，其强度会随着拉伸温度的提高而提高，而且在金属材料拉伸的过程中，拉伸的时间会存在一定的滞后性。如在较低的速度下拉伸拉伸材料大概可承受200kN的拉力，但随着拉伸速度提高，如果同样给予金属材料200kN的拉力，则会因为位错密集而使得金属材料的拉伸性能骤降，导致金属材料断裂。故而在对金属材料进行拉伸加工时，要选择合适的速度和压力，既能够保证金属晶体滑移的产生，同时还要兼顾材料本身的拉伸性能，不能使金属材料发生断裂。

3.5 加工式样对金属材料拉伸性能的影响

在金属材料加工的过程中，我们一般对试样进行切取制备等多个步骤，样胚的形状、大小、尺寸、制备方法不同，均会对材料的拉伸性能产生一些影响。首先，如果在和压制方向相同的部位取样，能够增加金属的拉伸强度和屈服强度。另外，材料的拉伸性能还会受到组织结构、化学成分等不稳定因素的影响。现在很多钢材为了增加韧性，调整材料的拉伸性能，一般会混入一些粒子形成合金材料，就会使材料的拉伸性能产生很大差别。另外，材料的一些加工方式，如冷剪、砂片切割、火焰刀割等方式则对材料的力学性能产生多种影响。当前我们在对金属材料加工时，一般金属材料切割的理想状态是其横截面尺寸均匀一致，在发生形变之前切取目标样本。但是在实际加工过程中，由于刀具或机床的原因，或者是加工方式出现偏差，常常使试样在加工过程中产生一定的形状公差，如一端大，另一端小;两端大，中间小;或中间大，两端小等情况都有发生。当金属材料产生这一些形变误差时，就会对其拉伸性能产生多种影响。

总之，我们在对金属材料进行切割和制备的过程中，要想达成理想的加工状态，不仅要选择理想的尺寸和位置，同时要尽量防止材料受热、时间、压力、速度等使其拉伸性能产生影响。另外，在切配取样时，尽量多预留一些加工余量，这样就可以把受热或硬化的部分去掉，从而使切割边缘尽量整齐，材料整体性能更加稳定。

参考文献：

[1]林磊.加工对金属材料拉伸性能的影响研究[J].内燃机与配件，2018（009）：123-125.

[2]石帅朋，段琼.试样加工对金属材料拉伸性能的影响[J].工程技术（引文版），2016（6）：223.

[3]杨丽英，王楠.金属材料的拉伸性能对钣金成型质量的影响[J].中国室内装饰装修天地，2019（010）：81.