引伸计对铝合金材料室温拉伸屈服强度结果影响研究

杨 丽，韩 超，李大宽，田晓龙，李朔东，张 冰

(辽宁忠旺集团有限公司，辽宁 辽阳 111003)

铝及铝合金的密度只有2.71g/cm3左右，仅为铁和铜的1/3，弹性模量是钢的1/3，且铝合金材料具有比强度大、抗冲击性能好、易加工等特点[1]，因此铝合金已成为制造航空航天飞行器机体、交通运输车辆、高速水面舰艇的基础材料，是高科技产业发展的重要战略物资[2]。铝合金最常见的使用形式是挤压型材和轧制板材，力学性能是其必检的理化试验项目。拉伸试验是铝合金材料力学性能测试中最常见试验检测之一，试验所得到的材料强度和塑性性能数据，对于设计和选材、新材料的研制、材料的采购和验收、产品的质量控制都有非常重要的应用价值[3]。

铝合金材料无明显屈服现象，其屈服强度即规定塑性延伸强度在进行室温拉伸试验时可通过横梁位移速率和引伸计进行应变速率控制[4]。而依据测量原理的不同，引伸计又大致可分为机械式引伸计、电子引伸计、视频引伸计、激光引伸计、全自动引伸计等[5]。本文使用精度为0.5级的Epsilon机械引伸计，选取常见的、具有代表性的6082-T6、6063-T6铝合金挤压型材和5052-O铝合金轧制板材3种铝合金材料进行室温拉伸实验，研究引伸计对铝合金材料屈服强度测试值的影响。

1 试验材料和方法

试验选取常见的具有代表性的铝合金材料，分别为12mm厚6082铝合金挤压型材、2.5mm厚6063铝合金挤压型材和5mm厚5052铝合金轧制板材。3种材料化学成分见表1，拉伸试样加工图纸见图1。

在3种铝合金材料上切取试片，按图1所示试样加工图纸各制备20支室温拉伸试样，采用AG-X 100kNH电子万能拉力试验机按表2所示方案进行室温拉伸试验，测试记录屈服强度值。图2为方法2的引伸计安装图。

表1 试样化学成分(质量分数，%)

表2 试验方案

2 试验结果与分析

表3为3种铝合金材料6082-T6、6063-T6和5052-O在加装引伸计和无引伸计两种试验方法下测得的屈服强度数据值。为便于比较和分析，表3中同时给出了3种铝合金材料在不同试验方法下屈服强度数据的平均值和标准差。

表3 试验结果

2.1 6082铝合金屈服强度实验结果分析

图3为两种试验方式测得的6082-T6铝合金材料屈服强度对比结果。由图可见，方法1即加装引伸计测得屈服强度结果几乎均高于方法2不加装引伸计的试验结果。由表3可知，方法1测得的屈服强度均值为284MPa，方法2测得的屈服强度均值为280MPa，方法1测试结果略高于方法2，均值相差1.4%；方法1测试结果的标准偏差为1.23，方法2测试结果的标准偏差为4.72，说明方法1测试数据的离散性较小，数据稳定，而方法2测试数据的离散性较大，数据不稳定。

2.2 6063铝合金屈服强度实验结果分析

图4为两种试验方式测得的6063-T6铝合金材料屈服强度对比结果。由图可见，方法1即加装引伸计测得屈服强度结果几乎均高于方法2不加装引伸计的试验结果。由表3可知，方法1测得的屈服强度均值为216MPa，方法2测得的屈服强度均值为214MPa，方法1测试结果略高于方法2，均值相差0.93%，小于拉伸试验机1%的精度要求；方法1测试结果的标准偏差为1.05，方法2测试结果的标准偏差为2.02，二者数值离散性均较小且方法1小于方法2。

2.3 5052铝合金屈服强度实验结果分析

图5为两种试验方式测得的5052-O铝合金材料屈服强度对比结果。由图可见，方法1即加装引伸计测得屈服强度结果几乎均高于方法2不加装引伸计的试验结果。由表3可知，方法1测得的屈服强度均值为166MPa，方法2测得的屈服强度均值为160MPa，方法1测试结果明显高于方法2，均值相差3.6%，远高于拉伸试验机1%的精度要求；同样可以看出，方法1测试结果的标准偏差为0.94，方法2测试结果的标准偏差为2.92，说明方法1测试数据的离散性较小，数据稳定，方法2测试数据的离散性大，不稳定。

2.4 原理分析

图6分别为3种铝合金材料6082-T6、6063-T6和5052-O在加装引伸计和无引伸计两种试验方法下的拉伸试验曲线。

综合试验结果及拉伸曲线可知，加装引伸计(方法1)测得的位移数据由引伸计进行采集记录反馈，曲线能够真实反应引伸计标距(50mm)内试样的轴向变形情况，能够较全面的反应材料的力学性能。未加装引伸计(方法2)测得的位移数据由仪器本身位移传感器采集记录反馈，位移曲线包含试样平行长度(75mm)的变形及试验装置(机架、力传感器、夹具等)的变形。但在进行屈服强度计算时试验软件以试样原始标距长度(50mm)作为规定塑性延伸长度的位移计算标距，即在试验曲线上平移试样原始标距(50mm)的0.2%距离做平行线，此平行线与曲线交点对应的应力即为屈服强度。此种方法忽略了(Lc-L0)部分及试验装置(机架、力传感器、夹具等)的变形量，增加了误差，导致测试结果低于加装引伸计(方法1)的测试结果。因此，加装引伸计(方法1)测得的铝合金材料屈服强度结果比较准确。

3 结论

采用加装引伸计方法测得的3种铝合金材料6082-T6、6063-T6和5052-O的屈服强度较不加装引伸计方法的测试结果数据离散性小，数据稳定；加装引伸计方法屈服强度测试结果高于不加装引伸计方法的测试结果，这是由未加装引伸计方法的试验机计算规定塑性延伸强度时存在误差引起的；加装引伸计(方法1)测得的铝合金材料屈服强度结果比较准确。