測量技術專家李武松首次公布金屬5種拉伸性能,你知道哪幾種?

臺州首豐儀器儀表有限公司

測量技術專家李武松說：拉力試驗機用于金屬及非金屬（含復合材料）的拉伸、壓縮、彎曲、剪切、剝離、撕裂、保載、松弛、往復等項的靜力學性能測試分析研究，可求出最大力、抗拉強度、彎曲強度、壓縮強度、彈性模量、斷裂延伸率、屈服強度等參數?？勺詣忧笕eH、ReL、Rp0.2、Fm、Rt0.5 、Rt0.6、Rt0.65、Rt0.7、Rm、E等試驗參數，并可根據GB、ISO、DIN、ASTM、JIS等國內、國際相關標準進行試驗和提供數據。

三、主要技術參數

四、性能特點

（一）機械工藝結構：

主機架主要由底座、三根立柱和一根絲杠構成單臂框架結構；傳動加載系統采用交流伺服電機及同步齒形帶減速裝置，帶動高精密滾珠絲杠轉動，再驅動移動橫梁實現加載。本機造型美觀，穩定性好，剛性大，控制精度高，工作效率高，噪音低，節能環保。

（二）控制及測量系統：

本機采用先進的Test4.0全數字閉環控制系統進行控制及測量，采用電腦進行試驗過程及試驗曲線的動態顯示，并進行數據處理。試驗結束后可通過圖形處理模塊對曲線放大進行數據再分析編輯，性能達到國際先進水平。

1.實現專用的位移、變形、速度閉環控制。

試驗過程中，可靈活更改試驗速度及試驗方法，以使試驗方案更加靈活、更加充實；

1.1多層保護：具有軟件和硬件兩級保護功能，可實現對試驗機的過載、過流、過壓、欠壓、過速、限位等多種安全保護方式；

1.2路高速24位A/D轉換通道，有效碼值分辨率最高可達±30萬分之一，實現了內外不分檔，且全程分辨率不變；

1.3采用232或串口通訊，數據傳輸穩定可靠，抗干擾能力強；

1.4采用3路脈沖信號捕獲通道（3路脈沖信號分別為1路位移和2路大變形信號），并且采用目前最先進的四倍頻技術，使有效脈沖數量放大四倍，大大提高了信號的分辨率，最高捕獲頻率為5MHz；

1.5一路伺服電機數字驅動信號，PWM輸出的最高頻率為5MHz，最低為0.01Hz。

2.※控制及測量系統的技術優勢：

2.1Test4.0全數字閉環控制系統

Test4.0全數字閉環控制系統是我公司最新研發的新一代試驗機專業控制系統，它采用了當前國際最先進的伺服電機專業控制芯片和多通道數據采集處理模塊，保證了系統采樣的一致性和高速有效的控制功能，確保了系統的先進性。系統設計上盡量使用硬件模塊，保證了產品的穩定可靠。

2.2高效專業的控制平臺

Test4.0是專用于自動控制的IC，內部是DSP+MCU的組合。它集成了DSP運算速度快和MCU對I/O口控制能力強的優點，其整體性能明顯優于單純的DSP或32位單片機。其內部集成了硬件的電機控制所需模塊，例如：PWM，QEI等。使系統的關鍵性能完全由硬件模塊保證，保證了系統的安全平穩運行。

3.以硬件為基礎的并行采樣模式

本系統的另一亮點是采用了專用ASIC芯片。通過ASIC芯片可對試驗機各傳感器信號實現同步采集，使我們在國內首家實現真正以硬件為基礎的并行采樣模式，避免了以往對各傳感器通道分時采樣造成的載荷和變形不同步的問題。

4.位置脈沖信號硬件濾波功能

光電編碼器位置捕獲模塊采用專用硬件模塊，內置24級濾波器，對采集的脈沖信號進行整形濾波，避免了位置脈沖捕獲系統因干擾脈沖的出現而造成錯誤計數，更有效的保證了位置精度，使位置脈沖捕獲系統能穩定可靠的工作。

5.控制功能底層實現

專用ASIC芯片分擔了采樣、狀態監控等一系列外圍工作，而通訊等相關工作由內部硬件模塊實現，所以DSC更能專注于控制PID計算等主體工作，不僅更加可靠，而且控制的響應速度更快，從而使我們的系統由控制板最底層運算就完成了PID調整與控制輸出，真正實現了閉環控制在系統底層完成。

6.※Test4.0軟件的性能特點：

用戶界面支持Windows 98、Windows Me、Windows XP，實時曲線顯示及處理，圖形圖像化，軟件結構模塊化，數據的存儲和處理基于MS-ACCESS數據庫，便于與OFFICE等辦公軟件連接。

6.1.用戶權限分級管理模式

用戶登陸后，系統根據其權限開放相應的操作功能模塊。超級管理員具有最高權限，可進行用戶權限管理，給不同操作員授權不同的操作模塊。

6.2.擁有強大的試驗管理功能，試驗單位可根據需求任意設定。

可根據不同的標準編輯相應的試驗方案，試驗時只要選擇相應的試驗方案，即可根據標準要求完成試驗，并輸出滿足標準要求的試驗報告。試驗過程及設備狀態實時顯示，如：設備運行狀態、程序控制運行步驟、引伸計是否切換完成等。

6.3.強大的曲線分析功能

可選擇負荷-變形、負荷-時間等多種曲線，實時顯示其中一種或多種。同組試樣的曲線可使用不同顏色迭加對比，遍歷曲線，試驗曲線上的任意段可進行局部放大分析，并且支持在試驗曲線上顯示和標注各特征點，還可以在曲線上自動或手動取點進行對比分析，標注了特征點的曲線亦可以在試驗報告中打印輸出。

6.4.試驗數據自動存儲，避免因意外造成的試驗數據丟失。

具有試驗數據模糊查詢功能，可根據不同的條件快速查找所完成的試驗數據和結果，實現試驗結果再現，還可將不同時間或批次進行的同一試驗方案的數據合并打開，進行對比分析。數據備份功能還可將之前存儲的數據另行保存和查看。

6.5.MS-ACCESS數據庫保存格式與軟件的擴展能力

Test4.0軟件的核心是基于MS-ACCESS數據庫，可與Office辦公軟件接口，將報告存儲為WORD格式或EXCEL格式；另外使原始數據得以開放，用戶可通過數據庫查閱原始數據，便于材料研究，充分發揮測量數據的效能。

6.6.另加引伸計可自動求取ReH、ReL、Rp0.2、Fm、Rt0.5、Rt0.6、Rt0.65、Rt0.7、Rm、E等試驗參數，參數可自由設定，并能打印所作的圖形。

7.可設定屈服后去掉引伸計功能

Test4.0軟件自動判斷，在試樣屈服結束后將變形切換為位移采集，并在信息欄中提醒用戶“變形切換結束，可以去掉引伸計”。

7.1自動返回：移動橫梁可自動返回試驗初始位置。

7.2自動校準：負荷、伸長可按所加標準值自動標定。

8.量程模式：全量程不分檔

8.1）模塊單元：多種附件靈活互換，模塊化的電氣硬件便于功能擴展和維修；

8.2）自動切換：試驗過程中顯示曲線根據試驗力和變形量大小自動變換量程。

9.本設備所滿足的標準：

?9.2）要求的試驗方法標準： GB/T 228-2010、GB/T 14452-93、GB/T 7314-2005。也可根據客戶要求選擇其它相應的標準（不超過5個）。

拉伸試驗可測定材料的一系列強度指標和塑性指標。強度通常是指材料在外力作用下抵抗產生彈性變形、塑性變形和斷裂的能力。材料在承受拉伸載荷時，當載荷不增加而仍繼續發生明顯塑性變形的現象叫做屈服。產生屈服時的應力，稱屈服點或稱物理屈服強度，用σS（帕）表示。工程上有許多材料沒有明顯的屈服點，通常把材料產生的殘余塑性變形為0.2%時的應力值作為屈服強度，稱條件屈服極限或條件屈服強度，用σ0.2 表示。材料在斷裂前所達到的最大應力值，稱抗拉強度或強度極限，用σb（帕）表示。

接下來簡單介紹了5種相應的拉伸性能。

1、屈服和屈服強度

很多結構設計中我們需要確保在施加應力的條件下只會發生彈性形變。某一個結構或者組件在經歷了塑性變形或者說形狀發生了永久性的變化之后可能就無法滿足其應用的功能要求。屈服發生的點可以通過應力-應變曲線最初開始偏離線性關系的位置來確定，該點我們有時候稱之為彈性極限。然而該點的精確位置較難測定。直線與應力-應變曲線彎向塑性變形區間的交點所對應的應力被定義為屈服強度。

對于具有非線性彈性區間的材料來說，不可能使用應變截距的方法，通常將產生某特定程度應變所需的應力定義為屈服強度。彈性-塑性轉變十分明顯而且出現非常突然，我們稱這種想象為屈服點現象。在上屈服點處，塑性形變由工程應力的明顯下降開始。形變在某上下范圍浮動的應力值之內持續發生，我們稱該應力為下屈服點。接下來應力隨著應變的增加而升高。對于具有這種效應的金屬來說，其屈服強度被認為是與下屈服點相關的平均應力值，因為該應力比較明顯且對測試過程的敏感性較低。因此對于這些材料來說，我們沒有必要使用應變截距的方法。

2、拉伸強度

在屈服發生之后，使金屬繼續發生塑性形變所需的應力增長到最大值，然后開始下降并最終發生斷裂。拉伸強度就是對應于工程應力——應變曲線最高點的應力值。該強度對應于構件所能承受的最大拉伸應力。如果持續施加應力則會發生斷裂。到該點之前，拉伸試樣較細部分的形變都是一致的。然而，在該最大應力處，拉伸試樣的某點會開始縮小或產生一個脖頸，之后的所有形變都將局限與該脖頸處。我們稱該現象為頸縮處。斷裂強度對應于斷裂發生時的應力值。

3、延展性

延展性是另一個重要的力學性能。它是衡量材料在斷裂前所能夠承受的塑性變形程度的物理量。一個金屬在斷裂時發生了很少或沒有塑性形變的特性被稱為脆性。延展性可定量表達為伸長率或斷面收縮率。伸長率，%EL，是斷裂時塑性應變的百分比，或

式中，lf?斷裂時的長度，l0?為初始標記長度。由于斷裂時大部分塑性變形度局限于頸所縮區域。因此%EL的大小將依賴于試樣的標距長度。初始標距長度l0越短，頸縮處的伸長所占的比例就越大，最終的%EL值就越大。因此，當我們在應用伸長率時需要給定初始標距長度，一般來說是50mm。

斷面收縮率，%RA的定義式為：

式中，A0為初始橫截面積；Af為斷裂時的橫截面積。斷面收縮率的值既不依賴于l0，也不依賴于A0。而且，對于任一給定材料，其%EL和%RA的值一般來說是不一樣的。大多數金屬在室溫條件下都會呈現一定程度的延展性，然而，有些金屬在溫度下降后會變為脆性。

對于材料延展性的了解之所以十分重要的原因主要體現在兩個方面。首先，它可以告訴設計者某一材料結構在斷裂前會經歷的塑性變形的程度。其次，它規定了材料在成型加工過程中可以接受的塑性變形范圍。如果在設計應力值計算中出現了誤差，有些材料可能只會發生局部形變而不會斷裂，我們稱這些延展性相對較好的材料是“寬容的”。

我們近似地認為那些斷裂應變小于5%的材料為脆性材料?？偟膩碚f，我們可以通過拉伸應力-應變測試得到金屬的幾個重要力學性能。在室溫下的屈服強度、拉伸強度以及延展性值。這些性能對于材料所經歷的形變、雜質或任何熱處理過程都十分敏感。彈性模量是對上述這些因素較不敏感的一個力學參數。和彈性模量一樣，屈服強度和拉伸強度都會隨著溫度的升高而下降。這與延展性相反，延展性會隨溫度的升高而得到增強。

4、回彈性

回彈性是指材料在彈性形變過程中吸收能量，并在卸載過程中將該能量釋放并恢復初始狀態的能力。與該性能相關的物理量為回彈模量，即使材料從無載荷初始狀態加載至發生屈服所需要的單位體積應變能。

5、韌性

韌性是一個很多情況下都會被用到的力學術語。其中一種情況下，韌性是指材料中有裂紋存在時，改材料的抗斷裂能力。由于制造零缺陷的材料幾乎不可能的，因此斷裂韌性是所有結構材料的一個主要考慮因素。另外一種對韌性的定義式材料吸收能量以及在斷裂前經受塑性變形的能力。對于動態加載條件以及有缺口存在時，缺口韌性一般通過沖擊測試進行評估。對于靜態的情況，金屬韌性的測量可以通過拉伸應力-應變的結果進行確認，強韌的金屬必須具備強度又具備韌。

測試標準：

• GB/T 228.1-2010 金屬材料 拉伸試驗 第1部分 室溫試驗方法

• ASTM E8 / E8M - 16a?Standard Test Methods for Tension Testing of Metallic Materials

• GB/T 1040.1-2006 塑料 拉伸性能的測定 第1部分：總則

• ISO 527.2-2012 塑料—拉伸性能的測定—第2部分：模塑和擠塑塑料的試驗條件

• ASTM D638ASTM?D638-2003?中文版?塑料拉伸性能測定方法

• GB/T 2039-2012? 金屬材料單軸拉伸蠕變試驗方法

• GBT 17600.1-1998 鋼的伸長率換算 第1部分：碳素鋼和低合金鋼

• GBT 17600.2-1998 鋼的伸長率換算 第2部分：奧氏體鋼