數控加工金屬材料力學性能必要的指標

拉伸試驗是一種（zhǒng）簡單（dān）的機械（xiè）性能試驗。在測試規內，應力均（jun1）勻，應力應變及其性能指標的（de）測量穩定可靠，理論（lùn）計（jì）算方便。通過（guò）拉伸試驗，可（kě）以測定材料在彈性（xìng）變形、塑性變形和斷裂過程中最基（jī）本的力學（xué）性能，如正彈性模量E、屈服強度σ0.2、屈服點σs、抗拉（lā）強度σb、斷後伸長率δ和麵積收縮率ψ等。拉（lā）伸試驗中（zhōng）獲得的力學性能，如E，σ0.2，σs，σb，δ，ψ等。，是材（cái）料固有的基（jī）本（běn）性能，是工程設計的主要依據。

拉伸試驗是（shì）金屬力（lì）學性能試驗中最常見的試（shì）驗（yàn），同一種材料通過不同的拉伸試驗過程得（dé）到的測量結果不一定相同。拉伸試驗受哪些（xiē）因素影響（xiǎng）？

1.取樣位置（zhì）和方法

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

2.測試設備

設備直接影（yǐng）響結果數（shù）據的準確性和真實性，所以在實驗過程中要（yào）保證試驗機在檢定有效期內（nèi）。如圖，是WDW-50萬能試驗機，設備定（dìng）期檢查（chá）送（sòng）檢。

3.測試環境的影響

測試環（huán）境主要包（bāo）括環境溫度、夾緊裝置選擇的影響等。

球形支撐卡盤

4.測試方（fāng）法的選擇（zé）

測試方（fāng）法主要包括夾緊方法、拉伸率、拉伸截麵積和（hé）圖案尺寸（cùn）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差異，也會給測量結果帶來誤差。所以檢（jiǎn）測人員（yuán）要經過嚴格的培訓（xùn），按照GB/T 228標準進行檢（jiǎn）測。

5.一些基本問題

對於大多數金屬材料，在彈性變形區，應力（lì）和應變成正比（bǐ）。當（dāng）應力或應變繼續增加時，在某一（yī）點（diǎn）上，應變（biàn）將不再與施加的應力成比例（lì）。

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。當這種情況發生時，應力（lì）消除後，材料不會恢複到原來的狀（zhuàng）態，即變（biàn）形是永久的，不可逆的。此時，材料進入塑（sù）性變形區(圖1)。

實際上，很難確定材料從彈性區變為（wéi）塑性區的確切位置。如圖2所示，繪製應變為0.002的平行線。應力-應變曲線被這條線截斷，屈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。大多數材料是不（bú）均勻的（de），它們不是完美的理想材料。材料的屈服是（shì）一個過程，通常伴（bàn）隨著加工硬化，所以不是一個具體的（de）點。

對（duì）於大多（duō）數金屬材料，應力-應變曲線看起來類似於圖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。直到材料屈服，曲線才開始偏離線（xiàn）性。

繼續（xù）增加應力，曲線達到最（zuì）大值。最大值對應的是抗拉強度，即曲線的最（zuì）大應力值，圖中用M表示。斷裂點是材料最（zuì）終斷裂的點，在圖中用（yòng）F表示。

典（diǎn）型的應力-應變測試裝置和試樣的幾何形（xíng）狀如圖4所示。拉伸試（shì）驗時，緩慢拉伸試樣，記錄長度和（hé）施加力的變化（huà），記錄力-位移（yí）曲線。利用試樣的原始長度、標距（jù）長（zhǎng）度和截麵積等信息，可（kě）以繪製（zhì）應力-應變曲線。

對於能發生拉伸（shēn）塑性變形的材料，常用的曲（qǔ）線有兩種（zhǒng）:工程應力-工程應變曲線和真應力-真應變曲（qǔ）線。兩者的區（qū）別在於計算應力所用的麵積不同。前者使用樣本的（de）初始麵積，後者使用拉伸（shēn）過程中的實時橫截（jié）麵麵積。因此，在應力-應變曲線上，真實應（yīng）力一般高於工程應力（lì）。

常見的拉伸曲線有兩種:一（yī）是有明顯屈服（fú）點的拉伸曲線；第二，拉伸曲線沒有明顯的屈服點。屈服點代表金屬（shǔ）對初始（shǐ）塑（sù）性變（biàn）形的抵抗力。這是工程技術中最重要的力學（xué）性能指標之一。

工程實踐中如何定義金屬的塑性（xìng）變形（xíng）？

殘餘（yú）塑性變形是重（chóng）要的基礎（chǔ）。通常把工程金（jīn）屬對應一（yī）定量的殘餘塑性變形的（de）抗力人為地作為屈服強度，也叫（jiào）條（tiáo）件屈服強度。即如果沒有明（míng）顯的塑性屈服點，就沒有（yǒu）明（míng）顯的屈服強度。想知（zhī）道實際的金屬屈服強度，需要一個判（pàn）斷條件，於是就有了條件屈服強度。

對於不同的金屬構件，對（duì）應（yīng）於（yú）條（tiáo）件屈服強度的殘餘（yú）變形是不同的。對於一些（xiē）苛刻的金屬構件，殘餘變形要（yào）小一（yī）些，而（ér）普通（tōng）金屬構（gòu）件在條件（jiàn）下屈服時對應的（de）殘餘變形要大一些。常用（yòng）的殘餘（yú）變形有0.01%、0.05%、0.1%、0.2%、0.5%和1.0%等。

金屬的屈服是位（wèi）錯運動的結果，所以金屬的屈服由位錯運動的阻力決（jué）定。對於純金屬，包括晶格抗力、位錯相互（hù）作用（yòng）抗力和位錯與其他缺陷或結構的相互作用抗力。

拉伸曲線上直線段（duàn）對應的麵積，也就（jiù）是彈性部分，就是彈性能。從（cóng）彈性（xìng）變形開始到斷裂的過程中，試樣吸收的總能量稱為（wéi）斷裂功，金屬在（zài）斷裂前吸收的能量稱為斷（duàn）裂（liè）韌性。

實際上，金屬的機械性能通常在拉伸過程中發生變化，最突出的現象是加工硬化。金屬的加工硬化有助於避免實際工（gōng）程構件在過載情況下突然斷裂，造（zào）成災難性後果。

金屬的塑性變形和變（biàn）形硬化是確保金屬均勻塑性變形的先決條件（jiàn）。也就是（shì）說，在多晶金屬中，發生塑性（xìng）變形的地方被強化，然後塑性變形被抑製，使變形轉（zhuǎn）移到其他更容（róng）易的地（dì）方（fāng）。

從實際（jì）拉伸曲線來看，大多數金屬在室（shì）溫下屈服後（hòu），在屈服應力的作用下，變（biàn）形不會繼續，必須增加阻力才能繼續變形。在真（zhēn）應力（lì）-真應變曲線上，流動應力不斷上升，出現加工硬化現象。這種曲線稱為加工（gōng）硬化曲線。

硬化指數N是一個重要的塑性指數，代表材料抵抗進一（yī）步變形的（de）能力（lì）。

最後說說應變率。通（tōng）常，被測（cè）金屬材料的拉伸曲線是在較低應變速率下測試得（dé）到的。隻有一些特殊的金（jīn）屬構件才需要在（zài）較高的（de）應變（biàn）速率下測（cè）試其（qí）力學性能，也就是高速變形的構件。在正常室溫（wēn）下（xià），應變速率拉伸（shēn）時，材料變形主要（yào）是位錯滑移或（huò）孿晶。