CN105300788B - 一种高温拉伸速率的设定方法 - Google Patents

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Abstract

一种高温拉伸速率的设定方法，采用横梁位移控制设置线弹性段、弹塑性段、屈服段、屈服后段的拉伸速率依次为0.005/min、0.005/min、0.005/min、0.15/min进行拉伸，绘制力‑延伸曲线图，并找出从试验开始到弹性极限的时间t1及到屈服阶段结束的时间t2，设t2÷3min=n，t1：t2=n1：n2，则下一试样的线弹性段横梁位移速率设定为0.005×n×2÷n2×n1，弹塑性段、屈服段横梁位移速率设定为0.005×n×2÷n2×（n2‑n1）。按设定拉伸速率拉伸，在曲线图上找出t1及t2，若t2为2～4min，t1为1～3min，则试验速率设置完毕；否则重新修正。本发明可对不同的拉伸试验系统设定统一的试样变形速率，使不同试验机测试的数据具有可比性，从而保证高温试验数据的正确性和可靠性。

Description

一种高温拉伸速率的设定方法
技术领域
本发明属于力学检测领域，特别是高温拉伸速率的设定方法，具体的说是涉及一种高温拉伸试验采用横梁位移控制的拉伸速率设定方法。
背景技术
高温拉伸试验是对金属材料在短时拉伸负荷作用下的静承载能力给予有效评定的一种重要测试方法。影响高温拉伸试验结果的因素很多，除材料本身的因素外，还有试验速率、夹持方式、采样频率、温度、试样加工形状等因素，其中试验速率是影响高温拉伸性能指标的重要因素。
拉伸试验包括线弹性变形阶段、弹塑性变形阶段、屈服阶段、加工硬化阶段、颈缩阶段。屈服强度包括上屈服强度R eH、下屈服强度R eL、规定塑性延伸强度R p0.2、规定总延伸强度R t0.5、规定残余延伸强度R r0.2。其中规定总延伸强度R t0.5是指总延伸率为规定的引伸计标距L e0.5%时的应力，也就是说当总延伸率超过0.5%后屈服阶段结束。
GB/T 4338-2006《金属材料 高温拉伸试验方法》规定：在测定屈服强度时，试验开始至达到屈服强度区间，试样平行长度部分的应变速率应在0.001/min～0.005/mim之间尽可能保持恒定，即0.1%/min～0.5%/mim。而总延伸率超过0.5%后屈服阶段结束，也就是说从试验开始到屈服阶段结束只要在1 min～5mim完成就可以满足标准要求。
拉伸试验机采用三种控制方式：应力速率控制、应变速率控制、横梁位移控制。相应的拉伸试验速率用应力速率、应变速率以及横梁分离速率来表示。应力速率是单位时间内试样应力的增加量，应变速率是单位时间内试样应变的增加量，横梁分离速率是单位时间内试验机横梁分离的距离。试验速率控制的目的是要控制试样变形的快慢，应变速率控制应是试样变形快慢最直接的控制方式，其他两种控制方式都是间接或近似控制方式。
目前国内高温拉伸试验均采用横梁位移控制，绘制力-延伸曲线图测试屈服强度。由于试验机采用横梁位移控制，设备所能控制的名义拉伸应变是用横梁位移除以试样平行长度的百分数，而不是试样的真实应变，且由于试验系统柔度的影响，在弹性变形阶段试样的真实变形值远远低于设定值，从弹塑性变形到屈服阶段完成试样的真实变形值也低于设定值，试样过了屈服阶段后，试验系统的柔度对试验速率的影响可以不用考虑，设定值与试样的真实应变值吻合。试验机的柔度与试验机框架、力传感器和夹具等密切相关，所以不同的试验机系统柔度不同，即使采用相同的横梁位移速率，反映在试样上的实际应变速率截然不同，使不同的试验机测试相同材料的试验结果不具备可比性。因此，如何设定高温拉伸速率意义重大。
迄今国内外还没有关于高温拉伸试验采用横梁控制拉伸速率的设定方法。已见报道的有关于室温拉伸试验采用横梁控制拉伸速率的设定方法，见文献《拉伸试验全程位移控制研究》（冶金分析，2008，增刊2）和《拉伸试验准应变速率控制法》（工程与试验，2011，No12），专利申请号200910070447.5“用于全程控制的金属材料拉伸试验全程位移控制法”。这三篇文献作者相同，内容基本一致，采用实测试验机系统柔度，带入推导公式的方法进行全程横梁位移控制。但由于试验机系统与试验机框架、夹具、力传感器、试样的横截面积和平行长度等密切相关，因此对于不同试样、不同夹具即使使用相同的试验机，试验机系统的柔度也是不同的，需要反复测试试验机系统的柔度。另外由于楔形夹具自身的特点，用横梁位移控制时，线弹性阶段的应力速率不是恒定而是逐渐升高的，因此测试试验机系统柔度时采用的是平均应力速率。另外在推导公式中，用到杨氏模量E，针对不同的钢种，E值并不一定是常数。因此采用该方法测试繁琐，有一定的局限性。
发明内容
本发明旨在提供一种采用横梁位移控制，可设定统一的试样真实变形速率，使不同的试验机测试相同的材料拉伸性能数据具有可比性，从而保证高温试验数据的正确性和可靠性的高温拉伸速率的设定方法。
为此，本发明所采取的解决方案是：
一种高温拉伸速率的设定方法，其特征在于：
1、将试样加工成拉伸试验用的螺纹试样、销轴试样、圆试样或板试样。
2、采用横梁位移控制方法，按GB/T 4338-2006规定设置线弹性段、弹塑性段、屈服段、屈服后段，将四个段的拉伸速率依次设定为0.005/min、0.005/min、0.005/min、0.15/min后进行拉伸，并绘制力-延伸曲线图，在力-延伸曲线图上找出从试验开始到弹性极限R P0.01的时间t1以及试验开始到屈服阶段结束的时间t2。
3、从试验开始到屈服阶段结束的最佳时间为2～4min；考虑从试验开始到线弹性段所用的时间t1大于弹塑性到屈服段完成所用的时间（t2- t1），因此设t2÷3min =n，t1：t2=n1：n2，则下一个试样的线弹性段横梁位移速率设定为0.005×n×2÷ n2×n1，弹塑性段、屈服段横梁位移速率设定为0.005×n×2÷ n2×（n2- n1）。
4、由于屈服后试验系统的柔度对拉伸速率影响不大，因此屈服后的横梁位移速率设定为0.15/mim。
5、按设定的拉伸速率进行拉伸，在力-延伸曲线图上找出从试验开始到弹性极限R P0.01的时间t1以及到屈服阶段结束的时间t2，如果t2为2～4min.，t1为1～3min.，则试验速率设置完毕；若t1、t2试验时间不在此范围内，则需重新进行修正。
6、由于屈服段与屈服后段拉伸速率相差过大，一般会使拉伸应力-应变曲线出现“畸点”，该“畸点”不应影响屈服强度和抗拉强度的取值；如果出现影响，则将屈服结束后的拉伸速率降低20%。
本发明的有益效果为：
1、对不同的拉伸试验系统，采用横梁位移控制，可设定统一的试样真实变形速率，使不同的试验机测试相同的材料拉伸性能数据具有可比性，从而保证了高温试验数据的正确性和可靠性。
2、本发明高温拉伸速率设定科学合理，方法简便可行。
具体实施方式
1、将试样加工成适合该拉伸试验系统的高温拉伸试样，如螺纹试样、销轴试样、直接夹持的圆试样或板试样均可。
2、采用横梁位移控制，按GB/T 4338-2006规定设置线弹性段、弹塑性段、屈服段、屈服后段四个阶段的拉伸速率依次为0.005/min、0.005/min、0.005/min、0.15/min进行拉伸，并绘制力-延伸曲线图，在曲线图上找出从试验开始到弹性极限R P0.01的时间t1以及到屈服阶段结束的时间t2。
3、试验的最佳时间为3min即180s，若t1为315s，t2为450s，则该试验的试验时间是最佳时间的450÷180=2.5倍，t1：t2=315：450=7:10，因此下一个试样的线弹性段横梁位移速率设定为0.005×2.5×2÷10×7=0.0175/min，弹塑性段、屈服段完成横梁位移速率设定为0.005×2.5×2÷10×3=0.0075/min。
4、由于屈服后试验系统的柔度对拉伸速率影响不大，因此屈服后的横梁位移速率无需调整，即仍为0.15/mim。
5、按设定的拉伸速率进行拉伸，在力-延伸曲线图上找出从试验开始到弹性极限R P0.01的时间t1以及到屈服阶段结束的时间t2，如果t2为2～4min.，t1为1～3min.，则试验速率设置完毕。若t1、t2试验时间不在此范围内，则需重新进行修正。一般情况下，一次修正即可。
6、由于屈服段与屈服后拉伸速率相差过大，一般会使拉伸应力-应变曲线出现“畸点”，该畸点不应影响屈服强度和抗拉强度的取值。如果出现影响，将屈服结束后的速率降低20%。

Claims (1)

1.一种高温拉伸速率的设定方法，其特征在于：
(1)、将试样加工成拉伸试验用的螺纹试样、销轴试样、圆试样或板试样；
(2)、采用横梁位移控制方法，按GB/T 4338-2006规定设置线弹性段、弹塑性段、屈服段、屈服后段，将四个段的拉伸速率依次设定为0.005/min、0.005/min、0.005/min、0.15/min后进行拉伸，并绘制力-延伸曲线图，在力-延伸曲线图上找出从试验开始到弹性极限RP0.01的时间t1以及从试验开始到屈服阶段结束的时间t2；
(3)、从试验开始到屈服阶段结束的最佳时间为2～4min；考虑从试验开始到线弹性段所用的时间t1大于弹塑性到屈服段完成所用的时间t2-t1，因此设t2÷3min＝n，t1：t2＝n1：n2，则下一个试样的线弹性段横梁位移速率设定为0.005×n×2÷n2×n1，弹塑性段、屈服段横梁位移速率设定为0.005×n×2÷n2×(n2-n1)；
(4)、由于屈服后试验系统的柔度对拉伸速率影响不大，因此屈服后的横梁位移速率设定为0.15/mim；
(5)、按设定的拉伸速率进行拉伸，在力-延伸曲线图上找出从试验开始到弹性极限RP0.01的时间t1以及到屈服阶段结束的时间t2，如果t2为2～4min.，t1为1～3min.，则试验速率设置完毕；若t1、t2试验时间不在此范围内，则需重新进行修正；
(6)、由于屈服段与屈服后段拉伸速率相差过大，会使拉伸应力-应变曲线出现“畸点”，该“畸点”不应影响屈服强度和抗拉强度的取值；如果出现影响，则将屈服结束后的拉伸速率降低20％。
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