電子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*消失，外型尺寸將不能*恢復到原狀，這一階段稱為塑性變形階段。

 

　　所有產(chǎn)品和設備都是由各種不同性能的材料構(gòu)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(chǎn)生變形，而這種變形必須被限制在彈性范圍之內(nèi)，否則產(chǎn)品的形狀將會發(fā)生變化，影響繼續(xù)使用，設備的形狀也將發(fā)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(chǎn)生重大的質(zhì)量事故。那么如何確保變形是在彈性范圍內(nèi)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(jié)出了采用屈服點、非比例應力兩個階段的轉(zhuǎn)折點，工程設計人員就可確保產(chǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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*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(huán)節(jié)、結(jié)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(fā)生機率高，表現(xiàn)為試樣夾持部分打滑或試驗機某些力值傳遞環(huán)節(jié)間存在較大間隙等因素，它在舊機器上出現(xiàn)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(chǎn)生磨損，使得摩擦系數(shù)明顯降低，直觀表現(xiàn)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大靜摩擦力時，試樣就會打滑，從而產(chǎn)生虛假屈服現(xiàn)象。如果以前使用該試驗機所作試驗屈服值正常，而現(xiàn)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(xiàn)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(huán)節(jié)的影響：試驗機測控環(huán)節(jié)是整個試驗機的核心，隨著技術的發(fā)展，目前這一環(huán)節(jié)基本上采用了各種電子電路實現(xiàn)自動測控。由于自動測控知識的深奧，結(jié)構(gòu)的復雜，原理的不透明，一旦在產(chǎn)品的設計中考慮不周，就會對結(jié)果產(chǎn)生嚴重的影響，并且難以分析其原因。

 

　　3、結(jié)果處理軟件的影響：目前生產(chǎn)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(shù)據(jù)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(xiàn)屈服現(xiàn)象時，在試驗期間達到塑性變形發(fā)生而力不增加的應力點，應區(qū)分上屈服強度和下屈服強度。上屈服強度：試樣發(fā)生屈服而力下降前的高應力。下屈服強度：在屈服期間，不計初始瞬時效應時的低應力。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(shù)據(jù)時就產(chǎn)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(chǎn)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(shù)的情況都是丟掉了個“下峰點”的。筆者經(jīng)過多方查閱資料，了解到“初始瞬時效應”是早期生產(chǎn)的通過擺錘測力的試驗機所*的一種現(xiàn)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(jié)果時就不能一律丟掉個下峰點。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(jié)果的優(yōu)劣就*取決于試驗人員的綜合素質(zhì)。目前我國材料試驗機的操作人員綜合素質(zhì)普遍不高，專業(yè)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(xiàn)，使他們很難適應材料試驗的需求。