铝合金及钛合金拉伸试验中的特殊现象分析

张莉

摘 要：铝合金实际应用中较为广泛，钛合金具备较大的应用潜力，之所以此两种技术材料可以具备以上特点与这两种金属材料本身属性有很大的关系。本文采用拉伸试验法针对铝合金及钛合金机械属性进行分析，希望可以更为深入分析铝合金及钛合金的机械属性，为之后钛合金与铝合金的实际应用提供一定帮助。

关键词：铝合金;钛合金;拉伸试验;特征

金属拉伸试验属于检测金属机械性能主要试验之一，通过金属拉伸实验可以分析被测试金属材料在轴向拉伸的荷载情况下具体特性变化等，更为全面准确掌握金属材料塑性、屈服性、抗拉强度、断面收缩率、伸长率等。技术人员可以结合金属材料具体机械属性情况，将金属运用到合适的领域中去，不断提升金属材料利用质量。

1.铝合金及钛合金拉伸试验设计

1.1实验材料

实验材料分别为铝合金与钛合金材料，将两种待测试材料加工成标准试件，该实验中标准试件为圆柱体试件尺寸规格为20.00mm（直径）×250mm（长度），以便于之后进行实验比较分析。其中所选择的铝合金材料为Al5083铝合金，化学成分为Al（93.15%）、Mn（0.80%）、Cu（0.10%）、Si（0.40%）、Fe（0.40%）、Mg（4.60%）、Zn（0.25%）、Cr（0.15%）、Ti（0.15%）。所选择钛合金为TC4钛合金化学成分为Ti（91.405%）、Ni（0.01%）、C（0.06%）、Si（0.07%）、Fe（0.08%）、Mo（0.015%）、V（4.29%）、Al（5.42%）。

1.2实验目的

定性了解铝合金与钛合金在拉伸作用下变化情况，分析钛合金及铝合金在硬度、抗拉强度、屈服强度、伸长率、断面收缩率、弹性模量等方面上的特征，研究两种材料在机械性能方面上存在差异性。

1.3实验前准备

按照实验需要准备好实验所需要的材料，为了尽可能使得实验结果准确，本实验分别选择尺寸规格相同的Al5083铝合金与TC4钛合金试验件两组，每一组2件，最终实验结果选择Al5083铝合金与TC4钛合金实验结果平均值。实验设备为液压式万能试验机，型号为WEW-600D，该万能试验机最大负荷600k，精度为1，同时该万能试验机具有微机屏方便在实验过程中观察数据变化情况。实验之前实验人员需要做好相应实验准备，准备好记录所需笔记本电脑、安全防护等。

1.4实验过程

测量人员按照万能试验机具体操作流程，选择合适的夹头将万能试验机工作台调整到适当的位置。待工作台调整完毕后分别将试件准确安装到万能试验机工作台上。待试件安装结束并检查安装牢固之后，实验人员在试验机显示屏相关程序中填写实验试件直径、长度等参数。填写完毕后实验操作人员手动缓慢打开送油阀门，使拉力慢慢增加，观察试件变化情况。

2.铝合金及钛合金拉伸试验中的特殊现象分析——试验结果及分析

2.1铝合金及钛合金拉伸试验结果

实验人员将实验结果准确记录在笔记本相应表格中，并利用Excel 2019对测试数据进行处理，数据处理上分别选取Al5083铝合金组与TC4钛合金组实验结果的均值，具体实验结果如下表1。

2.2铝合金及钛合金拉伸试验中的特殊现象分析——结果分析

铝合金及钛合金拉伸试验中的特殊现象可以从二者相同点与不同点两方面进行分析。铝合金及钛合金都属于塑性金属材料，在整个金属拉伸实验过程中，Al5083铝合金与TC4钛合金变形整体过程大致相同，具体铝合金及钛合金拉伸表现过程如下：（1）外形变化不明显阶段。在屈服强度之前，铝合金及钛合金在拉伸实验中整体外形无明显变化[1]。（2）塑性形变阶段。当拉伸强度达到铝合金及钛合金屈服强度之后，Al5083铝合金与TC4钛合金试件整体形状逐渐拉伸，当施加在铝合金及钛合金试件上的荷载去除后，试件无法恢复到实验之前的状态，此时施加外力停止，试件依旧会发生一定伸长现象，说明达到屈服强度之后材料已经失去对外力抵抗能力，即金属材料出现屈服。屈服阶段过后，铝合金及钛合金在外力影响下继续发生塑性形变，试件继续拉伸，试件的抗力也在随着逐渐增加，试件出现加工硬化现象。（3）缩颈及断裂。铝合金及钛合金试件在外力作用下达到一定程度后出现缩颈现象，缩颈现象会持续一段时间，之后试件瞬间断裂[2]。

Al5083铝合金与TC4钛合金机械性能存在较大差异，从上述金属拉伸实验结果可知TC4钛合金在金属机械性能方面要优于Al5083铝合金。（1）TC4钛合金抗拉强度与硬度要高于Al5083铝合金。通过两者金属拉伸实验可知，TC4钛合金抗拉强度大于Al5083鋁合金219MPa，在硬度上大于Al5083铝合金85HB，说明同等环境下TC4钛合金适应外界环境能力要更强。（2）TC4钛合金屈服强度、伸长率、断面收缩率、弹性模量要优于Al5083铝合金，在屈服强度上TC4钛合金高于Al5083铝合金233MPa，伸长率、断面收缩率高Al5083铝合金9%，弹性模量高于Al5083铝合金37.5GPa。说明TC4钛合金承压能力要高于铝合金，在达到铝合金界值情况下钛合金依旧可以保持不错状态，为其广泛利用提供了无限可能[3]。

结语

通过铝合金及钛合金拉伸试验中的特殊现象分析，可以得知钛合金在机械性能方面优于铝合金，但其在经济适用性方面却要低于铝合金。未来钛合金在发展过程中不得不要克服成本与技术问题，只有不断推进钛合金生产技术提升、生产产本降低，才能进一步助力钛合金的全面应用。

参考文献

[1]张浩，郑晓斐，余泽利.钛合金拉伸试验控制方式和试验速率的探讨[J].世界有色金属，2018，509（17）：170+172.

[2]苏丽凤，武晶晶，翟通德.基于SVM法的Gr5钛合金拉伸实验变化规律方法的研究[J].山东化工，2018，（20）：79-80.

[3]王晓晨，付雪松，陈国清.表面纳米化对钛合金与钛铝合金扩散连接影响的研究[J].热加工工艺，2019，（009）：27-30.