金属材料拉伸试验研究

摘 要：本文介绍使用鲲鹏BOYI 2025电子万能材料试验机，配合手动楔形拉伸夹具、高精度应变片式轴向引伸计，根据《GB/T 228.1-2022金属材料 拉伸试验 第1部分：室温试验方法 》的3种方法，进行了金属材料拉伸试验的实例，试验结果表明，使用鲲鹏BOYI 2025电子万能材料试验机能够完全对应各种金属材料棒材或板材试样的拉伸试验。 关键词：鲲鹏BOYI 2025电子万能材料试验机 金属材料 拉伸试验 金属材料力学性能试验方法是检测和评定金属制品质量的重要手段之一，其中拉伸试验是应用最广泛的力学性能试验方法。金属材料拉伸试验是指在恒定的温度下，通过试验机对试样进行拉伸，在试样伸长受力过程中，会经历弹性变形阶段、塑性变形变形阶段、硬化阶段、断裂等各阶段，通过试验机系统记录试验过程中的载荷及变形数据，可以反应整个试验过程。通过软件分析可以得到材料的基本力学性能指标，如弹性模量、泊松比、屈服强度、规定塑性延伸强度、规定总延伸强度、抗拉强度、断后伸长率、断面收缩率、应变硬化指数和塑性应变比等，它们是反映金属材料力学性能的重要参数，这些力学参数可在结构力学分析、产品质量控制、工程制造材料的选择等需求下使用。本次试验采用的是比较常用的三种金属材料，分别为Q235、Cr40以及球墨铸铁，在常温下实施拉伸试验。鲲鹏试验机配备的100kN手动楔形拉伸夹具，除夹持快速操作方便外，配合主机的高同轴度，可以确保试验结果的准确性和重现性。夹具所采用的高硬度耐磨V型夹面，可以夹持硬度较高的各种金属材料，不会出现打滑等异常现象，同时耐磨性能极佳，可以稳定长期使用。除夹具外，本次试验采用的高精度应变片式轴向引伸计具有响应快、精度高的特点，配合试验机主机的高精度和超过1000Hz的采集频率，可以实现在试样不同阶段实施相应的应力控制、应变控制以及位移控制，满足标准的需求，同时试验机的Smartest软件可以完整的记录拉伸过程中的所有特征数据，给用户提供准确可靠的试验数据，配合智能化的测试软件可以同时提供单试样、多试样、双坐标等各种测试曲线，并且自动分析数据和结果，让不同的用户均可以拥有良好的交互体验，为企业的研发、质量以及产品控制保驾护航。 图1. BOYI 2025-100电子万能材料试验机 1.试验部分1.1仪器与夹具BOYI 2025-100 电子万能试验机100KN手动楔形拉伸夹具高精度应变片式轴向引伸计Smartest软件 1.2分析条件试验温度：室温22℃左右载荷传感器：100kN（0.5级）平行段直径d0：10mm平行长度Lc：60mm标距Le：50mm表1.试验条件试验方法弹性阶段屈服阶段强化阶段A1应变控制(闭环)0.00025/s(0.0067×Lc×60)/minA2应变控制(开环)(0.00025×Lc×60)/min(0.0067×Lc×60)/minB应力控制10MPa/s0.00025/s(0.0067×Lc×60)/min 1.3样品及处理本次试验，选取球墨铸铁材质的金属棒材拉伸试样，平行段直径d0：10mm，平行长度Lc：60mm，数量各3个。 2.试验介绍使用BOYI 2025-100电子万能试验机进行试验，将样品夹持在上下夹具中，开启载荷零点保持功能消除样品夹持后的预应力，将引伸计夹持在试样的中间部位后将引伸计清零，在软件中设置好金属拉伸的试验步骤及条件后开始试验，在试验开始的弹性阶段采用相应的控制方式进行加载，当试样进入屈服阶段后自动转换控制方式，变形量达到设定值后暂停数据采集并提示卸除引伸计，在卸除引伸计后自动转换为横梁位移控制继续试验直至样品断裂。当试验机监测到试样断裂后自动停止试验，试样软件将试验全过程采集的力和变形数据保存并经过数据处理后生成试验曲线和试验报告。        图6. 测试系统图（主机、夹具、引伸计）       图7. 高精度应变片式轴向引伸计(专用棒材V型夹持方式可适配不同尺寸的试样，且支持单手快速安装和移除；后端弹簧可根据不同尺寸样品调整夹持力)    图8. 试验软件金属拉伸功能设置界面，阶段转换设置，可实现自动识别及转换 3.结果与结论3.1试验结果，详见下表2~4： 表2.试验结果-方法A1-Q235试样编号弹性模量E(GPa)抗拉强度Rm(MPa)上屈服强度ReH(MPa)下屈服强度ReL(MPa)断后伸长率A(%)1#210.8454.2396.8305.329.02#204.4448.5393.5296.729.43#208.5453.1393.8302.229.6平均值207.9451.9394.7301.429.4 表3.试验结果-方法A2-Cr40试样编号弹性模量E(GPa)抗拉强度Rm(MPa)上屈服强度ReH(MPa)下屈服强度ReL(MPa)断后伸长率A(%)1#203.8783.3544.2491.520.02#210.0788.4534.0494.520.03#207.5786.8546.3492.220.2平均值207.1786.1541.5492.720.1 表4.试验结果-方法B-球墨铸铁试样编号弹性模量E(GPa)抗拉强度Rm(MPa)规定塑性延伸强度Rp0.2(MPa)断后伸长率A(%)1#177.4890.4495.56.32#178.2874.8494.25.73#177.9864.8494.75.6平均值177.8876.7494.85.9 3.2试验曲线，详见下图：  3.3试验后试样状态，详见下图： 从上(表2~4)数据以及(图8~10)试验曲线可以看出，拉伸曲线平滑连续，无松动打滑等异常现象，在三个不同阶段试验机可以自动转换，且转换的效果稳定平顺，无异常波动或者过冲现象。从图11~13可以看出，软件自带的曲线及数据分析能力十分强大，可以自动识别曲线上的各个特征点，自动得出弹性模量、屈服强度、规定塑性延伸等各种金属物性结果，彻底告别人工取点计算的繁琐工作，且确保数据准确可靠。从图14应变速率曲线可以看出，试验机在进行应变控制时，试验机加载速度平稳，应变控制误差在设定值的20%之内，满足标准要求，试样受力稳定线性。试验后所有样品断裂点均在试样平行部分，无夹持部位断裂或打滑等异常情况。Q235及Cr40试验后有明显颈缩现象，对应曲线的明显屈服平台；从球墨铸铁的断面图片可以看出，断口平整光亮，呈人字或放射花样，属于脆性断裂现象与试验所得曲线吻合。试验机软件可以记录整个过程中完整的试验曲线，可以获取载荷、位移、变形等各项数据用于分析。所有试样重现性良好，满足标准要求。从本次试验结果可以体现出鲲鹏BOYI 2025-100 电子万能试验机的高精度及高稳定性。 4.结论  上述试验结果表明，鲲鹏BOYI 2025-100 电子万能试验机配合手动楔形拉伸夹具、高精度轴向引伸计，可以完全满足《GB/T 228.1-2022金属材料 拉伸试验 第1部分：室温试验方法 》标准要求，对方法A1、A2以及B完美支持，可以准确进行各类金属板材，棒材的拉伸试验。通过高精度高采样率的测试系统，可以获得金属材料的各项力学数据，且稳定可靠，这对于金属材料的技术发展非常重要，能够为企业的产品研发、品质管理，以及该行业的标准化、规范化提供数据支持与技术保障。