數控加工金屬材料力學性能必要的指標

拉伸試驗是一種簡單的機械性（xìng）能試驗。在測試（shì）規內，應力均勻，應（yīng）力應變及其性能指標的測量穩定可靠，理論計算方便。通過拉伸試驗，可以測定（dìng）材料在彈性（xìng）變形、塑性變形和斷裂過程（chéng）中最基本（běn）的力學性能（néng），如正（zhèng）彈性模量E、屈服強度（dù）σ0.2、屈服點σs、抗拉強度σb、斷後伸長率δ和麵積收縮率ψ等。拉伸試驗中獲得的力學性能，如E，σ0.2，σs，σb，δ，ψ等。，是材料固有的基本性能，是工程（chéng）設計的主要依據。

拉伸試（shì）驗是金屬力學性能試驗中（zhōng）最常見的試驗，同一種材料通過不（bú）同的拉伸試驗過程得到的測量結果不一定相同。拉伸試（shì）驗受（shòu）哪些因素影響？

1.取樣位置（zhì）和方法

由於成分（fèn）、組織、組織、缺陷、加工變形分布不均（jun1）勻（yún），同一批甚至同一產品（pǐn）的不同（tóng）部位都不一樣。因此，在取（qǔ）樣時，應（yīng）嚴格遵守附錄GB/T-228中的規定。

2.測試設備

設備直接影響結果數據的準確（què）性和真實性，所以在實驗過程中要保證試驗機在檢定有效期內。如圖，是WDW-50萬能（néng）試驗機，設備定期檢查送檢。

3.測試環境的影響

測試環境主（zhǔ）要包（bāo）括環境溫度、夾緊（jǐn）裝置（zhì）選擇的影（yǐng）響等。

球形支撐卡盤

4.測試（shì）方法（fǎ）的選擇

測試方法主要（yào）包括夾（jiá）緊方法、拉伸率、拉伸截麵積和圖（tú）案尺寸的測量方法。選擇測量圖樣尺寸時，宜選擇外徑千分尺、遊標卡尺或矩形試樣遊標卡尺。

此外，由於主（zhǔ）觀因素和操作技能的（de）差異，也會給測量結果帶（dài）來誤差（chà）。所以檢測人員要經過嚴格的培訓（xùn），按照GB/T 228標準進行檢測。

5.一些基本問題

對於大多數金（jīn）屬材料，在彈性變形區，應力和應變成正比。當應力（lì）或應變繼續（xù）增加時，在某一點上（shàng），應變將（jiāng）不再與施加的應力成比例。

此時，與相鄰初始原子的鍵開始斷（duàn）裂，並由一組新的原子重新形成。當這種情況（kuàng）發生時，應力消除（chú）後，材料不（bú）會恢複到原來的狀態，即變形是永久的，不可逆的。此時，材料進入塑性變形區(圖1)。

實際上，很難確定材（cái）料從彈性區變為塑性區的確切位置。如圖2所示，繪製應變為0.002的（de）平行線。應力-應變曲線被這條線截斷，屈（qū）服應力確定為屈服強度。屈服強度等於發生明顯塑性變形時的應力。大（dà）多數材料是不均勻的，它（tā）們不是完美的理想材料。材料的（de）屈服（fú）是一個過程，通常伴隨著加工硬化，所以不是一個具體的點（diǎn）。

對於大（dà）多數金屬材料，應力-應變曲（qǔ）線看起來（lái）類似（sì）於（yú）圖3所示的曲線。當加載開始時，應力從零開始增加，應變線性增加。直到材料屈（qū）服，曲線才開始偏離線（xiàn）性（xìng）。

繼續增加應力，曲線達到最（zuì）大值。最大值對應的是（shì）抗拉強度，即（jí）曲線的最大應力值，圖中用M表示。斷裂點是材料最終斷（duàn）裂（liè）的（de）點，在（zài）圖中用F表示（shì）。

典型的應力-應變測試裝置和試樣（yàng）的幾何形狀如圖4所示。拉伸試驗時，緩慢拉伸試樣，記錄長度和施（shī）加力的變化，記錄力-位移曲線。利用試（shì）樣的原始長度、標距長度和（hé）截麵積（jī）等信（xìn）息，可以繪製應力-應變（biàn）曲線。

對於能發生拉伸塑性變形的材料，常用的（de）曲線有兩種:工程應力-工程應變曲線（xiàn）和（hé）真應力（lì）-真應變曲線。兩者的區（qū）別在於計算應力所用的麵積不同（tóng）。前者使用樣本（běn）的初（chū）始麵積，後者（zhě）使用拉（lā）伸過程中的實時（shí）橫截麵麵積。因此，在（zài）應力-應變曲線上，真實應（yīng）力一般高於工程應力。

常見的拉伸曲線有兩種:一是有明（míng）顯屈服點的拉（lā）伸曲線；第二，拉伸曲線沒有明顯的屈服點。屈服點代表金屬對初始塑性變（biàn）形的抵抗力。這是工程技術中最重要的力學性能指（zhǐ）標之一（yī）。

工程實踐中如何定義金屬（shǔ）的（de）塑性（xìng）變形？

殘餘塑性變形是重要的基礎。通常把工程金屬對應（yīng）一定量的殘餘塑性變形的抗力人為地作為屈服強度，也叫條（tiáo）件屈服強度。即如果沒有明顯的塑性（xìng）屈服點，就沒有明顯的（de）屈服強度。想知道實際的金（jīn）屬屈服強度，需要一個（gè）判斷（duàn）條件，於是就有了條（tiáo）件屈服強（qiáng）度。

對於不同的金屬構件，對（duì）應於條件屈服強度的殘餘變形是不同的。對於一些苛刻的金屬構（gòu）件，殘餘變形要小一些（xiē），而普通金屬構件在條件（jiàn）下屈服時對應的殘餘變形要大一些。常用的（de）殘餘變形有0.01%、0.05%、0.1%、0.2%、0.5%和1.0%等。

金屬的屈服是位錯（cuò）運動的（de）結果，所（suǒ）以金屬的屈服由位錯運（yùn）動的阻力決定。對於純金屬，包括（kuò）晶格抗力、位錯相互作用抗力和位（wèi）錯與其他缺陷（xiàn）或結（jié）構（gòu）的相互作用抗（kàng）力。

拉伸曲（qǔ）線上（shàng）直線段對應的麵積，也就是（shì）彈性部分，就是彈性能。從彈（dàn）性變形開始到斷裂的過程中，試樣吸（xī）收（shōu）的總能量稱（chēng）為斷裂功，金屬在斷裂（liè）前吸收的能量稱為斷裂韌性。

實際上（shàng），金屬的機械性能通常在拉伸過程中發生變化，最突出的現象是加（jiā）工硬（yìng）化。金（jīn）屬的加工硬化有助於避免實際工程構件在過載情況下（xià）突然斷裂，造成災難（nán）性後果。

金屬的塑性變形和（hé）變形硬化是確保金屬均勻塑性變（biàn）形的先決條件。也就是說，在多（duō）晶金屬中，發生塑性變形的地方被強化，然後塑性變形（xíng）被抑製，使變形轉移到（dào）其他更容易的地方。

從實際拉伸曲線來（lái）看，大多數金屬在室溫下屈服後，在（zài）屈服應力的作用下，變形不會繼續，必須增加阻力（lì）才能繼續變形。在真應力-真應變曲線上，流動（dòng）應力不斷上升，出現加工硬化現象。這種曲線稱（chēng）為加工硬化曲線。

硬化指數N是一個重要（yào）的塑性指（zhǐ）數，代表材料抵抗進一步變形的能力。

最後（hòu）說說應變率。通（tōng）常，被測（cè）金屬材料的拉（lā）伸曲線是在較低應變速率下測試得到的。隻有一些（xiē）特殊的（de）金屬（shǔ）構件（jiàn）才需要在較高的應變速率下測試其力學性（xìng）能，也就是高速變形的構件。在（zài）正常室溫下，應變速率拉伸時，材料變形主要（yào）是位錯滑移或孿晶。