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電子萬能試驗機材料屈服點的求取的常見問題
瀏覽次數:538發布日期:2019-05-05
   電子萬能試驗機材料屈服點的求取的常見問題
 
  任何材料在受到外力作用時都會變形,在受力的開始階段,這種變形和受到外力基本成線性的比例關系,此時如果外力消失,那么材料的變形也將消失,恢復原形,這一階段被稱為彈性階段,但是如果當外力增大到一定程度以后,變形與受到的外力將不再成線性比例關系,這時當外力消失后,材料的變形將不能完全消失,外型尺寸將不能完全恢復到原狀,這一階段稱為塑性變形階段。
 
  所有產品和設備都是由各種不同性能的材料構成的,他們在使用過程中會受到各種各樣的外力作用,自然而然就會產生變形,而這種變形必須被限制在彈性范圍之內,否則產品的形狀將會發生變化,影響繼續使用,設備的形狀也將發生變化,輕則造成加工零部件精度等級下降,重則造成零部件報廢,產生重大的質量事故。那么如何確保變形是在彈性范圍內呢?從上面的分析已知材料的變形分為彈性變形與塑性變形兩個階段,只要找出這對已知材料的力學性能進行試驗與理論分析,人們總結出了采用屈服點、非比例應力兩個階段的轉折點,工程設計人員就可確保產品與設備的可靠運行。
 
  由于材料種類繁多,性能差異很大,彈性階段與塑性階段的過渡情況很復雜,通過和殘余應力等指標作為材料彈性階段與塑性階段的轉折點的指標來反應材料的過渡過程的性能,其中屈服點與非比例應力是最常用的指標。雖然屈服點與非比例應力同是反應材料彈性階段與塑性階段“轉折點”的指標,但它們反應了不同過渡階段特性的材料的特點,因此它們的定義不同,求取方法不同,所需設備也不完全相同。因此筆者將分別對這兩個指標進行分析。
 
  從上面的描述,可以看出準確求取屈服點在材料力學性能試驗中是非常重要的,在許多的時候,它的重要性甚至大于材料的極限強度值(極限強度是所有材料力學性能必需求取的指標之一),然而非常準確的求取它,在許多的時候又是一件不太容易的事,包括夾具、試驗機測控環節、結果處理軟件以及試驗人員理論水平,其中:
 
  1、夾具影響:這類影響在試驗中發生機率高,表現為試樣夾持部分打滑或試驗機某些力值傳遞環節間存在較大間隙等因素,它在舊機器上出現的概率較大。由于機器使用一段時間后,各相對運動部件間會產生磨損,使得摩擦系數明顯降低,直觀表現為夾塊的鱗狀尖峰被磨平,摩擦力大幅度的減小。當試樣受力逐漸增大達到最大靜摩擦力時,試樣就會打滑,從而產生虛假屈服現象。如果以前使用該試驗機所作試驗屈服值正常,而現在所作試驗屈服值明顯偏低,且在某些較硬或者較脆的材料試驗時現象尤為明顯,則一般應首先考慮是這一原因。這時需及時進行設備的大修,消除間隙,更換夾塊。
 
  2、試驗機測控環節的影響:試驗機測控環節是整個試驗機的核心,隨著技術的發展,目前這一環節基本上采用了各種電子電路實現自動測控。由于自動測控知識的深奧,結構的復雜,原理的不透明,一旦在產品的設計中考慮不周,就會對結果產生嚴重的影響,并且難以分析其原因。
 
  3、結果處理軟件的影響:目前生產的試驗機絕大部分都配備了不同類型的計算機(如PC機,單片機等)),以完成標準或用戶定義的各類數據測試。與過去廣泛采用的圖解法相比有了非常大的進步。然而由于標準的滯后,原有的部分定義,就顯得不夠明確。如屈服點的定義,只有定性的解釋,而沒有定量的說明,很不適應計算機自動處理的需求。這就造成了:
 
  1)判斷條件的各自設定:就屈服點而言(以金屬拉伸GB/T228-2002為例)標準是這樣定義的,屈服強度:當金屬材料呈現屈服現象時,在試驗期間達到塑性變形發生而力不增加的應力點,應區分上屈服強度和下屈服強度。上屈服強度:試樣發生屈服而力首次下降前的最高應力。下屈服強度:在屈服期間,不計初始瞬時效應時的最低應力。這個定義在過去使用圖解法時一般沒有什么疑問,但在今天使用計算機處理數據時就產生了問題。
 
  2)對下屈服點定義中“不計初始瞬時效應”的誤解:什么叫“初始瞬時效應”?它是如何產生,是否所有的試驗都存在?這些問題國標都未作解釋。所以在求取下屈服強度時絕大多數的情況都是丟掉了第一個“下峰點”的。筆者經過多方查閱資料,了解到“初始瞬時效應”是早期生產的通過擺錘測力的試驗機所特有的一種現象,其原因是“慣性”作用的影響。既然不是所有的試驗機都存在初始瞬時的效應,所以在求取結果時就不能一律丟掉第一個下峰點。但事實上,大部分的廠家的試驗機處理程序都是丟掉了第一個下峰點的。
 
  4、試驗人員的影響:在試驗設備已確定的情況下,試驗結果的優劣就完全取決于試驗人員的綜合素質。目前我國材料試驗機的操作人員綜合素質普遍不高,專業知識與理論水平普遍較為欠缺,再加上新概念、新名詞的不斷出現,使他們很難適應材料試驗的需求。
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