测试方法对测定金属材料屈服强度的影响分析

许科华 张琴凤 顾敏君 徐 玉 陈 焕

江苏法尔胜材料分析测试有限公司（214433）

0 前言

在金属材料性能测定工作中，拉伸是重要的测定手段，能够对材料性能进行科学合理的判断。屈服强度是金属材料性能的重要指标之一，在一定程度上代表了材料的承载力。工作人员在生产活动中也可以利用屈服强度在加工工艺与施工工艺之间的差异，来判断施工工艺或者加工工艺是否正确。由此可见，分析测试方法对金属材料屈服强度的影响具有十分重要的现实意义。

1 拉伸曲线中上下屈服点的确定

微机控制电子万能试验机是金属材料屈服度试验中的重要设备，该设备的应用使得拉伸曲线绘制工作变得更加简便，并且能够及时显示出金属材料的屈服强度、抗拉强度等。结合金属材料屈服强度的测试情况，同一批试验样品的试验结果可能会出现较大差异。即便是不同样品之间的离散性较大，但是很多误差现象还是不合理的，因此工作人员要在试验中多加注意，提高试验结果的准确性。

通过多次试验发现，屈服度差异较大的原因是电子万能试验机在寻找屈服点的过程中出现了误差。在材料力学课本中对金属材料屈服强度的定义是针对于金属材料而言，所谓的屈服阶段指的是金属材料在试验中的最高、最低应力，这个应力值可以被看做是金属材料的上、下屈服极限。具体而言，上屈服度指的是金属材料样品在试验中，因为屈服力的关系，在第一次下降前展现的最高应力；下屈服度指的是试样在试验过程中，不计初始瞬时效应时的最低应力。这个初始瞬时效应应力是试样在试验中，由上屈服度过渡到下屈服度时，不算初始瞬时效应时发生的瞬时效应，这一效应还被称为惯性效应。总的来说，金属材料的瞬时效应与试样的柔度、试样屈服特性等多种因素有关。对金属材料的瞬时效应开展定量评定工作具有一定难度。在此过程中，初始瞬时效应影响区为上屈服强度向下屈服强度过度时第一个下降谷区。想要有效避开该区域的影响，需要将第一个下降谷区的应力排除，而后选择最小应力作为下屈服强度。如果金属材料在此过程中只呈现出一个谷值，那么该谷值应力变为下屈服强度。但是在此过程中需要注意的是，这一定义可能与一般意义上的理解存在出入，最终造成误判。如图1所示，FeH为上屈服点，FeL为下屈服点。

图1 上、下屈服点易混淆的拉伸曲线

在确定金属材料的下屈服点时，屈服点往往会选择A点。但是在实际的试验过程中，因为要考虑到金属材料初始瞬时效应带来的影响，应该选择图中A点作为下屈服点。在此过程中需要注意，金属材料下屈服强度一般小于真实值。在确定上屈服点时，应选择B点。在此过程中需要注意的是，这种情况下测量到的金属材料下屈服度往往比真实数值大。在很多情况下，这种误差导致结果的准确度不高，不能作为参考数值。工作人员在实际操作过程中对金属材料上下屈服度进行判定时，要始终遵循相关原则。在判定屈服材料的过程中，工作人员要将材料的第一个峰值应力作为上屈服强度，无论金属材料在后续试验中的峰值应力比第一峰值应力大或者小。在测量金属材料屈服强度的过程中，如果存在两个及两个以上的谷值应力，工作人员要结合实际情况将第一个谷值应力去除，选择其他数值中的最小数值作为金属材料的下屈服强度。在只能承受一个下降谷的情况下，可以将此谷值应力判断为下屈服强度。一旦在金属材料屈服强度测量工作中出现了屈服平台这一现象，工作人员要注意平台应力，此时的平台应力便是金属材料的屈服平台。通常情况下第一个平台应力便是金属材料的下屈服强度。最终结果如果正确，金属材料的上屈服强度一定要高于下屈服强度。

2 拉伸试验的控制方式

拉伸试验是测量金属力学性能的重要方法之一。在金属材料设计工作中，屈服强度是用来衡量承载力的重要标准之一。此外屈服强度还是金属材料工艺性能、力学性能的大致度量。笔者根据自身工作经验探究了拉伸实验控制方式。

2.1 控制方式的选取

在测定金属材料的下屈服强度时，金属材料会在屈服期间出现较大的塑性延伸现象，但是这种应力不是一种单向增加的过程，而是一种上下波动的过程。为了能够达到相关应力速率，试验机横梁移动速度会发生相应的波动，最终导致试验结果不准确。在极端情况下，试验机甚至可能会失控，进而发生危险事故。如果将该实验过程中的试验力、横梁移动速度、位移曲线等画在同一曲面上，可以清楚地看到横梁移动速度在不同时期产生的变化。通常情况下，在金属材料的弹性阶段，横梁移动的速度都较为平稳；但是在金属材料的屈服阶段，横梁移动速度会随之变大。尤其是在塑性阶段，横梁移动速度会愈发增大，直到后期越来越大。此时，为了试验安全，需要合理调整应力速率，以免发生预料之外的事情。

2.2 拉伸速率的选择

根据国家相关标准规定，如果只是为了测量金属材料的屈服强度，在金属材料试样平行长度的屈服期间，其应变速率应该尽量选择在0.00025/S～0.0025/S之间，以提高应变速率的稳定性。国家相关规定对试验速率范围的限定还是较为宽泛的。但是不少试验因为受到多种因素的影响，实验速率往往会超出规定范围。对金属材料尤其是低碳钢这种材料，在试验活动中明显可以看出，其屈服强度会因为试验速率的影响而产生较大的变化。

3 结语

在试验中，首先应该对电子万能试验机测量的拉伸曲线进行分析，根据实际情况分析出金属材料的屈服点。工作人员一定不能盲目信任程序自动得到的数据，并且还要根据试验的实际情况选择科学合理的控制方式。试验速率会在很大程度上对屈服强度造成影响，因此，工作人员应在同一速率下对比金属材料的屈服强度，为金属材料的后期应用提供强有力的数据支撑。