提高金属延伸率测试精度的方法
2019-05-06 14:37:57浏览量:612

 

(文章来源:嘉峪检测网)

 

金属材料的延伸率和断面收缩率都能具体地反映材料的某些特征,而延伸率是广泛的概念,它包括:最大力总延伸率(均匀延伸率)、断后伸长率、屈服点延伸率、最大力塑性延伸率、断裂总延伸率等。每种延伸率反映的材料特征不同,例如断后伸长率可以考量金属材料均匀塑性变形能力和局部变形(缩颈)能力,而最大力总延伸率(均匀延伸率)能够比断后伸长率更准确地反映有应变硬化特性金属材料的均匀塑性变形能力。由此可见,延伸率被广泛地作为衡量金属材料力学性能的重要指标。

 

本文介绍了常见的引伸计在拉伸性能测试中的使用要点,指出了不同器具在测试过程中产生的差异及影响,结合标准中对于测试结果的精度要求,分析了提高金属延伸率测试精度的方法。

 

1、延伸率的测试精度

 

延伸率在第三方检测机构属于金属材料的常规检测项目,利用微机控制万能试验机对金属材料进行拉伸试验,通过测量材料断裂的永久变形量计算得出材料的延伸率。然而测量形变量的方法有很多种,若要控制测试过程的精度,得到正确的测试结果,应注意以下几个方面。

 

第一,根据所测材料的类型,选择合适的测试方法。

 

需要测试的材料一般可分为金属和非金属两种,这两种材料在拉伸过程中产生的状况也有所区别。一些非金属材料由于韧性比较好,断裂时产生的振动比较小(可以忽略不计),就可以采用夹持式引伸计,以保证测试结果的精度。而有些金属材料在断裂时会产生较大的振动,可能会使夹持式引伸计产生不可控的位移,影响测试的准确度。因此在测定金属材料的断后伸长率时,通常把断裂后的试样拼接在一起,用游标卡尺来测量最终的形变量。但此时得到的也只是接近于真实形变量的一个近似值,因为金属断裂的过程是一个不规则的形变过程,拼接时会存在一定的缝隙。如果忽略不规则变形、拼接缝隙的影响,受人眼分辨率的限制,测量者无法保证卡尺与标点准确定位,且断裂位置会显著影响测试精度等,所以断后伸长率的测试精度通常会远远低于卡尺的精度。实验室通常采用的是精度为0.02mm的卡尺,其他的延伸率如屈服点延伸率、最大力总延伸率等参数都可以使用夹持式引伸计来进行测试。

 

第二,选择合适的引伸计。

 

在金属材料力学性能的测试中,材料形变量的测试常常会用到引伸计,目前常见的引伸计有机械式引伸计、光学引伸计和电磁式引伸计。机械式引伸计是目前最常用的引伸计,可分为大变形引伸计、金属引伸计和全自动引伸计,这些引伸计需要夹持在试样表面测量其形变量。金属引伸计在安装固定时需要用到橡皮筋,因此在使用橡皮筋固定时需要注意以下3点:其一是松紧适度,一般把橡皮筋拉长到最大长度的80%左右或原始长度的4倍左右下使用;其二是缠绕端正,缠绕的合力应与试样垂直、与刀口在一条直线上,否则会有分力拉动引伸计臂产生不应发生的转动,直接影响测试曲线的走向;其三是标距准确,安装时要保证引伸计的两臂张开到定位杆不受压,通常会留出1mm左右的间隙。一般大变形引伸计是专门针对弹性较大的非金属材料(如橡胶)设计的引伸计,变形量可以达到80cm甚至更多,精度为0.008mm。金属引伸计的变形量一般最大为25mm,试验精度为1.5μm。这两类引伸计是现阶段最常用的引伸计,因其性价比高,得到了广泛的应用。但是,它们也有一定的局限性:①量程与标距可调性差,金属引伸计只能适用于较小范围或者某一特定标距,量程相对固定;②试样断裂需要摘除,无法直接测量断后伸长率;③若引伸计与被测试样连接不牢固,可能会发生滑脱现象;④难以适应特殊试验环境,如测量环境箱内的试样变形等;⑤大变形引伸计测量范围大,但测试精度相对比较低,试验过程中随着试样厚度的变化会产生轻微滑动。

 

第三,以上列举的机械式引伸计使用问题都可以通过使用光栅引伸计来避免。

 

光栅引伸计快速、精准、分辨率高,精度可达到1μm,是目前测量伸长率的最佳工具。但此类引伸计价格较高,一般的测量设备上都没有配备此类引伸计。

 

2、延伸率的测试结果

 

引伸计是用于测量试样标距间轴向及径向变形的基本装置,需要使用引伸计测量的参数通常有延伸率、泊松比、拉伸应变硬化指数、塑性应变比等。在测量过程中使用合适的工具和方法可以减少一些测量误差,不能仅仅关注测试仪器的精度问题,而忽视在实际测试过程中测试方法的规范性。

 

两类常用引伸计的外观

图1 两类常用引伸计的外观

 

目前实验室通常使用的引伸计有大变形引伸计和金属引伸计两种,如图1所示。3种常用的金属引伸计标距(原始标距)规格为25,50,100mm,变形量均为10mm。测量金属断后伸长率时不建议使用引伸计,因为金属断裂时会产生很大的振动,会对引伸计的精度有影响,而测量断裂前的延伸率(如屈服点延伸率)时需要使用引伸计。大变形引伸计的最大变形量为80cm,原始标距可随意调节,适用于塑料、橡胶以及胶带的延伸率测定。但很薄的试样如保鲜膜则不适用,因为在夹持引伸计时,引伸计的自重会损坏试样。

 

使用卡尺手动测量的精度是0.02mm,引伸计测量的精度是0.0015mm,两者相差十多倍。但在GB/T 228.1-2010中,关于试验结果数值修约的要求规定:屈服点延伸率修约至0.1%,其他延伸率及断后伸长率修约至0.5%。这两种测量方法得到的最终结果经过修约以后基本一致,由此可见,在设备精度满足要求时,测试精度会受到引伸计精度的影响。

 

3、结束语

 

(1)现在市面上的引伸计越来越多,且精度越来越高,但每种引伸计的用途和局限性也相当明显,因此在测试时需要了解所用引伸计的测量特性,合理利用其本身的优势,避免其局限性,根据不同的测试项目选择合适的测量器具。

 

(2)引伸计对于金属延伸率的测量结果有很大的影响,但不是精度高的引伸计就能得出准确的测试结果,需要根据测试材料的不同选择合适的测量器具,才能得出准确的测试结果。

 

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