浅析试样屈服点测量中需注意的几个问题

摘 要：所有产品与设备在使用中都会产生各种各样的变形，但这种变形必须被限制在弹性范围之内，否则产品的形状将会发生永久变化，影响继续使用，严重者可造成零部件报废，导致重大质量事故的发生。由此可以看出，准确求取屈服点在材料力学性能试验中是非常重要的，在许多的时候，它的重要性甚至大于材料的极限强度值。然而若要准确的求取材料的屈服点并不容易，它受到诸多因素的影响，减少这些因素在屈服点测量中的影响，可以为材料的安全使用创造良好的条件。

关键词：拉伸试验 屈服点

钢材或试样在拉伸时，当应力超过弹性极限，即使应力不再增加，而钢材或试样仍继续发生明显的塑性变形，称此现象为屈服，而产生屈服现象时的最小应力值即为屈服点。屈服点在材料力学性能中是非常重要的，在许多的时候，它的重要性甚至大于材料的极限强度值，然而，在许多的时候，很难得到某种材料屈服点的准确值，它受到许多因素的制约。

一、试验机力值传递环节的影响

该类影响在旧机器上出现的概率较大，主要由试样夹持部分打滑或试验机某些力值传递环节间存在较大间隙等因素引起。由于机器在使用较长时间后，各相对运动部件间会产生磨损现象，使其运动间隙增大，夹具的磨损会直接导致夹具摩擦系数降低，摩擦力大幅度的减小。当试样受力逐渐增大达到最大静摩擦力时，试样就会打滑，从而产生虚假屈服现象。这时需及时进行设备的大修，消除间隙，更换夹块。

二、 试验机测控环节的影响

试验机测控环节是整个试验机的数据采集处理核心。随着机电一体化技术的发展，目前这一环节基本上采用了各种电子电路实现自动测控。由于自动测控结构的相对复杂，一旦在设计中考虑不周，就会对结果产生严重的影响。针对材料屈服点的影响最主要的有下列几点：

1、传感器放大器通频带的影响

目前，试验机上所采用的力值检测元件基本上为载荷传感器或压力传感器，而这两类传感器都是模拟小信号采样，并进行高倍率放大后才能输出。而在我们的环境中存在着多种频率电磁干扰，这些干扰信号会通过不同的渠道偶合到放大电路中一起被放大，对测试结果产生影响。为了尽可能的减少这种干扰，合理设置低通滤波器的截止频率，将放大器的通频带限制在一个适当的范围，就能使试验机的测控性能得到极大的提高。然而在实际工作中，人们重视数据显示的稳定性，而忽略了数据的真实性，将滤波器的截止频率设置的非常低，这样在屏蔽干扰信号的同时，也屏蔽了部分采样数据，造成测试力值多次上下波动，测试结果不同程度失真。在实际操作时，还应注意传感器放大器与A/D转换器的匹配。从采样到数据输出之间任何一个环节匹配错误，都会造成了实际的频带宽度小于设置频宽，这会把很多的有用信号丢失，致使测得的屈服点力值不稳定。

2、数据采集速率的影响

一般来说，在试验机上对数据的采集速率要求不是太高，每秒几十次到几百次就可满足检测要求，因而一般多采用较低的转换速率，以实现较高的测量精度。但在某些厂家生产的试验机上，为了追求较高的采样分辨率，以及极高的数据显示稳定性，而将采样速度降的很低，这是不可取的。因为当采样速度很低时，对高速变化的信号就无法实时准确采集。因此，在实验过程中，拉伸速率必须与采样速率协调。在采样速率较低时，拉伸速率应在GB/T228标准规定范围内适当降低，否则如果数据采集的速度不够高，就会丢失屈服值，从而直接影响检测结果。

3、、温度的影响

温度是影响材料性能的参数之一，一般金属材料随环境温度的升高，所测得的屈服强度下降，塑性指标升高，在GB/T228-2002金属拉伸试验方法标准中，拉伸试验的环境温度条件是10~35℃，在这个范围内，对于力值由度盘显示的材料试验机，环境温度变化造成的影响基本可以忽略不计；对于高精度荷载传感器，某些特殊材料，则应考虑温度的影响，必要时应予以修正；有些高强度金属材料，温度的影响很大，应按标准中的规定，对于温度要求严格的试验，试验温度应为（23±5℃）。

三、 操作人员的影响

在试验设备已确定的情况下，试验结果的准确与否主要取决于操作人员的综合素质。

1、拉伸试样横截面积的确定

拉伸试样横截面积的确定是一个关键的问题，检测人员进行拉伸试验时的检测依据有两个：一是金属拉伸试验方法GB/T228，另一是材料相应的产品标准。有的产品标准明确规定拉伸试验试样的横截面积按名义尺寸的横截面积要求，如果产品标准中无此特殊规定，均应遵循GB/T228标准,测量实际尺寸计量横截面积。如果都按名义尺寸计算横截面积，其测试的结果将会受到严重的影响。

2、试样尺寸的测量方法和测量的准确性的影响

拉伸试验应视试样大小选用外径千分尺、游标卡尺或矩形样用游标卡尺，如果测量方法不正确，会导致人尺寸测量偏大，造成屈服点力值偏低。同时还应避免测量读数的人为错误，尽量减小人为误差，以提高测量的准确率。

3、夹持方法的影响

夹持方法对拉伸试验非常重要，如果试样夹不住，试验无法进行；如果加持部位不合理，在进行拉伸试验时，试样常因应力集中而断在加持部位或标距外的过渡区，导致实验失败；试验机的加载轴线应与试样的几何中心一致，避免造成偏心加载而产生弯曲，一般不允许对试样施加偏心力，因为力的偏心容易使试验力与试样轴线产生明显偏移；拉伸夹具选用不当会使试样产生附加弯曲应力，从而使结果误差增大，同时拉伸夹具选用不当也极易引起拉伸试样打滑或断在钳口内，导致实验数据不准确或实验数据偏低。总之，加载系统、试样几何形状尺寸以及非均质试样都可能引起偏心加载，我们的任务就是严格按标准操作，尽量减少这些偏心效应。

综上所述，客观因素、主观因素和操作技术的不同，都会给测量结果带来误差，在相同条件下，不同人员进行拉伸试验操作，实验结果也或多或少的存在差异，特别是单次测量时，结果的波动性更大，因此在日常的检验工作中，应加强人员比对，设备比对等，不断提高试验人员的操作水平，降低操作人员技术水平的影响程度，才能实现屈服点的准确、快速、方便的求取，为材料的安全使用创造良好的条件。