金属材料室温拉伸试验影响因素分析

魏红军

（天津天铁冶金集团技术中心，河北涉县056404）

金属材料室温拉伸试验影响因素分析

魏红军

（天津天铁冶金集团技术中心，河北涉县056404）

为提高金属室温拉伸试验数据的准确度，对拉伸试验中的各种影响因素进行试验分析。试验结果表明，试样、测量工具、试验设备、试样夹持方法、试验机拉伸速率、试验室温度、试验人员等因素对拉伸试验的结果影响较大。制定出具有针对性的方法和措施，在一定程度上减小了试验数据误差，提高了试验结果准确度。

金属材料；拉伸试验；影响因素

1 引言

力学性能是金属材料较为重要的性能指标，拉伸试验就是获取力学性能指标最常用的方法。天铁技术中心热轧站力学试验室拥有意大利进口试验机——微机控制电子拉伸试验机QUASAR60，为热轧板材、带材、棒线材等各种冶金产品进行质量检验及性能检测。在日常的检测试验中，我们发现试验试样、测量工具、试验设备等各种因素会影响拉伸试验结果，使数据产生偏差，准确度降低，从而影响了日常检验判定工作。为减小各种因素的影响，提高拉伸试验数据的准确度，天铁技术中心热轧站力学试验室针对拉伸试验中存在的各种影响因素，进行了大量的试验。发现试验试样、测量工具、试验设备、试样夹持方法、试验机拉伸速率、试验室温度、试验人员，这七点因素对拉伸试验的结果影响较大。结合现行国家标准GB/T228．1—2010《金属材料室温拉伸试验方法》中对室温拉伸试验的要求，本文对上述影响因素做出了详细的分析对比并提出了减小影响的具体方法。

2 影响金属材料室温拉伸试验的主要因素

金属材料的化学成分、组织结构直接影响其力学性能，但同一批次、同一化学成分的金属材料，在不同的试样尺寸、试验设备等各种因素下试验，最终的力学性能却不一定相同。

2.1 试验试样

试样是试验的载体。正确的取样方法、方向和部位是保证试验试样合格的基础，正确的加工方法、精确的试样尺寸是保证试验数据准确度的基础。

2．1．1 取样方法

取样方法分为有冷剪切、火焰切割、无齿锯切割、机械锯削等，不管是冷剪切还是火焰切割，都会导致试样坯料出现局部受热、剪切硬化。这些影响会使坯料出现应力集中现象。目前，力学试验室采用冷剪切法取样，在剪切时根据试样坯料厚度预留足够的机加工余量（按国标GB/T228．1—2010中要求执行）；在试样加工过程中，不但要保证试样的加工尺寸，还要保证试样加工面的光洁度要求。这就要根据试样材质、试样数量合理选择进刀量和进刀速度，如有条件可以加注适当的冷却液，防止试样过热和铁屑粘刀。

2．1．2 取样方向

轧制方向一般分为横向轧制、纵向轧制和斜向轧制。拉伸试样也分为横向试样（垂直于轧制方向）、纵向试样（平行于轧制方向）、斜向试样（于轧制方向成45°）。在技术中心热轧站试验室，用同一设备（微机控制电子拉伸试验机QUASAR60）对在不同方向（横向和纵向）取样的普碳钢Q235B和低合金钢Q345B，试验数据见表1。

表1 不同取样方向对试验结果的影响

通过试验可以看出，不同方向取样，Q235B和Q345B横向试样的强度和断后延伸率均低于纵向试样的强度。分析：金属材料在热加工时，晶粒和夹杂物会沿着轧制方向流动排列，形成金属纤维组织，导致不同方向上的试样产生不同的拉应力。

2．1．3 取样部位

在技术中心热轧站试验室，用同一设备（微机控制电子拉伸试验机QUASAR60）对在不同部位取样的普碳钢Q235B和低合金钢Q345B分别进行拉伸试验，试验数据见表2。

表2 不同取样部位对试验结果的影响

通过试验可以看出，不同部位取样，Q235B和Q345B在1/2处的强度均低于1/4处的强度，断后伸长率则反之。分析：因为钢材在冷剪切、火焰切割等加工过程中，会导致试样坯料局部（尤其是边缘）出现各种缺陷和应力集中现象，虽然同炉、同批，但不同部位的试样拉伸性能也会出现差异。只有严格按照国标或企标的要求，在指定部位取样才可以减小对试验结果的影响。

2．1．4 试样横截面积形状与尺寸

在同炉同批钢带及圆钢的拉伸试验中，不同的横截面形状与尺寸其拉伸试验结果见表3。

表3 试样横截面形状与尺寸对拉伸试验结果的影响

通过试验可以看出，试样的横截面形状和尺寸对产品拉伸性能的影响主要体现在试样延伸率上。不管是钢带还是圆钢，试样横截面形状与尺寸对强度的影响要小得多，最大差值为5 N/mm2。而试样延伸率的最大差值为12．5A%。所以，试验试样不允许随意改变横截面形状和加工尺寸，要严格按照标准执行。

2．1．5 试验试样公差

试验试样的公差分为试样尺寸公差和试样形状公差。试样尺寸公差是指在试样标距内的实测值与标准值之差，试样形状公差是指试样标距内的同一截面上的最大实测值与最小实测值的差值。在GB/T228．1—2010《金属材料室温拉伸试验方法》中，明确了各形状试样的尺寸公差和形状公差。在实际机加工过程中所产生的误差是不可避免的，任何误差都会影响试验结果的准确度。以数控双开肩机加工公差（宽度和厚度）较大的矩形试样试验，其试验结果分析见表4。

分析后得出一条结论：试样横截面积越小，形状公差越大，对试验结果的影响越大；反之也成立。因此，在制备拉伸试样时,一定要按照国标要求进行测量、加工，按不同钢种选择合适的加工设备和铣削速度。

2.2 测量工具

拉伸试样需要测量的尺寸有：原始宽度和厚度、断后宽度和厚度、原始标距、断后标距。测量工具一般是游标卡尺（测宽）和千分尺（测厚），准确度和分辨力必须满足尺寸测量的要求。所以，测量工具须经校验合格后才能使用。注意不能超年限使用，必须在有效的校验年限内使用。

2.3 试验设备

目前力学试验室拉使用的伸试验机是意大利进口试验机机——微机控制电子拉伸试验机QUASAR60。它由试验机体、电子引伸计、计算机3部分组成，工作原理是通过计算机控制试验机主体对垂直夹持的试样施加轴向拉应力至试样断裂，测定一项或几项力学性能。试验机和引伸计的准确度对试验数据的影响较大。例如，试验机上下十字头（夹头）不在同一轴线上，可能会导致试验试样在拉伸初期出现打滑现象，在曲线图中弹性直线段会产生不连续性，使屈服状态变得不明显，影响屈服强度的准确度。

2.4 试样夹持方法

试样的夹持方法直接影响试验数据，比如试样夹斜（不在同一轴线）会引起试样打滑或断在钳口内，使试验数据偏低，甚至在曲线上无法找到屈服点。

2.5 拉伸速率

拉伸速率直接影响金属材料的应力-应变关系。拉伸速率越高，强度越高。试验速率一般由试验机厂家或相关技术人员，在设置试验方法时设置好，一般操作人员无法更改。

2.6 试验温度

金属材料室温拉伸试验，要求在10～35℃的室温下进行。如果试验试样对温度比较敏感，就要采取适当的措施进行控温。一般当试样温度升高时，其强度会降低，延伸率会增高。

2.7 试验人员

人员的主观因素和操作水平的高低会使测量结果出现偏差。不同的人员在测量同一试样时，测量数据不一定相同。特别是单次测量时，试验结果的波动性更大，但这样的误差是不可避免的。

表4 数控双开肩机加工矩形试样形状公差对拉伸试验结果的影响

3 减小影响的措施

样坯取样方向和取样部位要严格按照国家标准的要求执行，坯样要留有足够的加工余量。在机加工试样时要选择合理的进刀量和铣削速度，不宜过快或过慢，要保证试样的公差符合国标要求；测量工具和试验设备应定期校验，合格后方可使用，注意不能超过校验期限使用；试验机拉伸速率不能随意更改，要选择适合该钢种的试验方法进行拉伸试验；试样夹持若要保证在同一轴线上，只需在试验机上下钳口处，各安装一个自制的试样定位装置就可以解决这个问题；试验室温度要控制在10～35℃，可以通过空调、暖气等方法合理调整试验室温度；试验人员测量试样尺寸要采取多点多次测量法，在同一拉伸试样上至少3次测量，每次至少取3点测量宽厚值，然后求平均值。

4 结束语

经过长时间的试验分析，天铁冶金集团技术中心热轧站力学实验室清楚认识到试验试样、测量工具、试验设备、试样夹持方法等因素对试验准确度有很大的影响，现已制定出具有针对性的一些方法、措施，在一定程度上减小了试验数据误差，提高了试验结果准确度。

[1]GB/T 24182—2009，金属力学性能试验——出版标准中的符号和定义[S].

[2]田冀锋，刘小蛮，张永建.测试方法对测定金属材料屈服强度的影响及分析[J].实验室科学，2010（4）：114-116.

[3]姜美琴.金属材料室温拉伸试验的影响因素浅析[J].江苏冶金，2007（2）:27-31．

Analysis on Influencing Factors of Metallic Material Tensile Test at Room Temperature

WEI Hong-jun
(Technology Center of Tianjin Tiantie Metallurgical Group Co．,Ltd．,She County, Hebei Province 056404,China)

In order to improve the accuracy of data from metal tensile test at room temperature,all influencing factors in tensile test were tested and analyzed．Test results showed factors of sample,measuring tool,testing equipment,sample holding method,tensile speed of testing machine,laboratory temperature and testing personnel had big influence on the results of tensile test．Relevant approaches and measures were defined,reducing the error of test data in certain degree and improving the accuracy of test results．

metallic material;tensile test;influencing factor

10．3969/j．issn．1006-110X．2015．03．022

2015-01-13

2015-02-03

魏红军（1984—），男，主要从事冶金产品质量检验方面的研究工作。