楊皓然

（中國(guó)人民大學(xué)附屬中學(xué)，北京 100080）

1 求取金屬拉伸試驗(yàn)屈服點(diǎn)的意義分析

金屬材料的種類有很多，比較典型的一種是鋼材。鋼材在使用的過程中，如果受到外力的作用，那么就可能產(chǎn)生變形。如果這種變形控制在一定的范圍內(nèi)，那么金屬材料不會(huì)影響繼續(xù)使用，我們稱這個(gè)階段為彈性階段。反之，如果形變過度，那么就會(huì)使金屬材料發(fā)生斷裂，我們稱這個(gè)階段為塑性變形階段。其實(shí)，對(duì)于屈服點(diǎn)，我們?nèi)绻惐葟椈傻睦鞂?shí)驗(yàn)是不難理解的。對(duì)于彈簧，如果對(duì)其施加一定范圍內(nèi)適當(dāng)?shù)睦炝?，那么彈簧很快就可以恢?fù)原樣。但是，如果拉伸力超過一定的限度，就會(huì)使彈簧徹底被破壞，而不能繼續(xù)工作。

2 金屬拉伸試驗(yàn)數(shù)據(jù)的影響因素研究

我們知道，不同的結(jié)構(gòu)使金屬的材料性能表現(xiàn)出較大的差異。不僅如此，即使是相同的金屬材料，如在不同的條件下，得到的金屬拉伸試驗(yàn)屈服點(diǎn)又是不一樣的。影響試驗(yàn)數(shù)據(jù)的主要因素包括這些：試樣的基本情況、測(cè)量?jī)x器和設(shè)備情況、溫度和拉伸速率等。不僅如此，試驗(yàn)的結(jié)果也會(huì)因人的操作而已。

2.1 試樣的基本情況的影響

選擇試樣這個(gè)步驟是對(duì)后續(xù)的實(shí)驗(yàn)開展非常重要，對(duì)于實(shí)驗(yàn)的結(jié)果影響較大。試樣的選取部位，加工工藝情況、尺寸公差等因素都會(huì)跟試驗(yàn)的結(jié)果有關(guān)。如果材料受熱或者受冷，會(huì)使材料的性能無法充分發(fā)揮出來，因而對(duì)于試樣，我們必須選取合適的形狀和尺寸，這樣才能更好地保障金屬拉伸試驗(yàn)屈服點(diǎn)的求取。

2.2 測(cè)量?jī)x器因素的影響

對(duì)于不同的測(cè)量?jī)x器來講，其測(cè)量準(zhǔn)確度有高有低，且接觸面是否清潔也是有很大的影響的。另外，在對(duì)試驗(yàn)材料進(jìn)行施加力的時(shí)候，會(huì)產(chǎn)生一定的位移，這個(gè)因素也會(huì)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)設(shè)備出現(xiàn)一定的誤差。

2.3 夾持方法因素的影響

如果對(duì)試驗(yàn)材料的夾持方法出現(xiàn)問題，那么就會(huì)導(dǎo)致拉伸試驗(yàn)過程出現(xiàn)麻煩。比如出現(xiàn)試樣打滑，或者試樣斷裂等等現(xiàn)象。試樣夾持部分打滑在本試驗(yàn)中發(fā)生率非常高。這是由于試驗(yàn)機(jī)器在使用到了一定的時(shí)間之后，設(shè)備會(huì)出現(xiàn)磨損，從而導(dǎo)致摩擦力減小，導(dǎo)致設(shè)備對(duì)試驗(yàn)材料的夾持力大大降低。在本試驗(yàn)中，如果試驗(yàn)材料受力增加到最大靜摩擦力的時(shí)候，有可能會(huì)出現(xiàn)虛假屈服現(xiàn)象。在微機(jī)圖示中表現(xiàn)為曲線的異常上下波動(dòng)，并且一般在試驗(yàn)過程中可聽到明顯的響聲，產(chǎn)生虛假屈服現(xiàn)象，見圖2。

2.4 拉伸速率因素的影響

在金屬材料的拉伸試驗(yàn)中，速度不能要進(jìn)行合理的控制，否則會(huì)使實(shí)驗(yàn)結(jié)果的效果不理想。在2002年頒布實(shí)施的試驗(yàn)方法中就有規(guī)定，材料彈性模量 E通常要小于150000N/mm2這個(gè)數(shù)值，應(yīng)力速率通常是位于這個(gè)區(qū)間：（2～20）N/mm2·s-1，彈性模量 E≥150000N/mm2，應(yīng)力速率在（6～60）N/mm2·s-1范圍內(nèi)）。因此，拉伸速率因素的影響是我們?cè)谧鲈囼?yàn)的過程中不得不考慮的因素。

圖1 虛假屈服現(xiàn)象

2.5 試驗(yàn)人員操作水平因素的影響

幾乎對(duì)所有實(shí)驗(yàn)來講，實(shí)驗(yàn)人員的操作水平較高，那么實(shí)驗(yàn)的效果就較好，如果試驗(yàn)人員的操作水平較低，那么實(shí)驗(yàn)效果就不夠理想。對(duì)于金屬拉伸試驗(yàn)屈服點(diǎn)這個(gè)實(shí)驗(yàn)來講，操作人員的操作技能和主觀因素都有較大的影響。不僅如此，對(duì)于形狀非常復(fù)雜的構(gòu)件，我們得到的數(shù)據(jù)誤差往往較大。對(duì)于某些特殊的金屬材料，在拉伸試驗(yàn)時(shí)表現(xiàn)為屈服點(diǎn)不明顯也是非常普遍的。如果加上打滑或振動(dòng)因素的影響，會(huì)出現(xiàn)假屈服點(diǎn)的現(xiàn)象。如圖2所示。

圖2 拉伸試驗(yàn)中力-變形圖（無明顯屈服點(diǎn)）

3 結(jié)束語

金屬拉伸試驗(yàn)的開展，可以使試驗(yàn)材料的力學(xué)性能充分展現(xiàn)出來，從而方便我們后續(xù)使用這些金屬材料為我們服務(wù)。通過國(guó)內(nèi)國(guó)外無數(shù)的實(shí)驗(yàn)證實(shí)了一個(gè)結(jié)論：變形的速度對(duì)于結(jié)果的影響非常顯著，對(duì)于屈服點(diǎn)的影響也很大。