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电子万能试验机材料屈服点的求取的常见问题
浏览次数:151发布日期:2019-05-05
   电子万能试验机材料屈服点的求取的常见问题
 
  任何材料在受到外力作用时都会变形,在受力的开始阶段,这种变形和受到外力基本成线性的比例关系,此时如果外力消失,那么材料的变形也将消失,恢复原形,这一阶段被称为弹性阶段,但是如果当外力增大到一定程度以后,变形与受到的外力将不再成线性比例关系,这时当外力消失后,材料的变形将不能完全消失,外型尺寸将不能完全恢复到原状,这一阶段称为塑性变形阶段。
 
  所有产品和设备都是由各种不同性能的材料构成的,他们在使用过程中会受到各种各样的外力作用,自然而然就会产生变形,而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变化,影响继续使用,设备的形状也将发生变化,轻则造成加工零部件精度等级下降,重则造成零部件报废,产生重大的质量事故。那么如何确保变形是在弹性范围内呢?从上面的分析已知材料的变形分为弹性变形与塑性变形两个阶段,只要找出这对已知材料的力学性能进行试验与理论分析,人们总结出了采用屈服点、非比例应力两个阶段的转折点,工程设计人员就可确保产品与设备的可靠运行。
 
  由于材料种类繁多,性能差异很大,弹性阶段与塑性阶段的过渡情况很复杂,通过和残余应力等指标作为材料弹性阶段与塑性阶段的转折点的指标来反应材料的过渡过程的性能,其中屈服点与非比例应力是最常用的指标。虽然屈服点与非比例应力同是反应材料弹性阶段与塑性阶段“转折点”的指标,但它们反应了不同过渡阶段特性的材料的特点,因此它们的定义不同,求取方法不同,所需设备也不完全相同。因此笔者将分别对这两个指标进行分析。
 
  从上面的描述,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(极限强度是所有材料力学性能必需求取的指标之一),然而非常准确的求取它,在许多的时候又是一件不太容易的事,包括夹具、试验机测控环节、结果处理软件以及试验人员理论水平,其中:
 
  1、夹具影响:这类影响在试验中发生机率高,表现为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,它在旧机器上出现的概率较大。由于机器使用一段时间后,各相对运动部件间会产生磨损,使得摩擦系数明显降低,直观表现为夹块的鳞状尖峰被磨平,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。如果以前使用该试验机所作试验屈服值正常,而现在所作试验屈服值明显偏低,且在某些较硬或者较脆的材料试验时现象尤为明显,则一般应首先考虑是这一原因。这时需及时进行设备的大修,消除间隙,更换夹块。
 
  2、试验机测控环节的影响:试验机测控环节是整个试验机的核心,随着技术的发展,目前这一环节基本上采用了各种电子电路实现自动测控。由于自动测控知识的深奥,结构的复杂,原理的不透明,一旦在产品的设计中考虑不周,就会对结果产生严重的影响,并且难以分析其原因。
 
  3、结果处理软件的影响:目前生产的试验机绝大部分都配备了不同类型的计算机(如PC机,单片机等)),以完成标准或用户定义的各类数据测试。与过去广泛采用的图解法相比有了非常大的进步。然而由于标准的滞后,原有的部分定义,就显得不够明确。如屈服点的定义,只有定性的解释,而没有定量的说明,很不适应计算机自动处理的需求。这就造成了:
 
  1)判断条件的各自设定:就屈服点而言(以金属拉伸GB/T228-2002为例)标准是这样定义的,屈服强度:当金属材料呈现屈服现象时,在试验期间达到塑性变形发生而力不增加的应力点,应区分上屈服强度和下屈服强度。上屈服强度:试样发生屈服而力首次下降前的最高应力。下屈服强度:在屈服期间,不计初始瞬时效应时的最低应力。这个定义在过去使用图解法时一般没有什么疑问,但在今天使用计算机处理数据时就产生了问题。
 
  2)对下屈服点定义中“不计初始瞬时效应”的误解:什么叫“初始瞬时效应”?它是如何产生,是否所有的试验都存在?这些问题国标都未作解释。所以在求取下屈服强度时绝大多数的情况都是丢掉了第一个“下峰点”的。笔者经过多方查阅资料,了解到“初始瞬时效应”是早期生产的通过摆锤测力的试验机所特有的一种现象,其原因是“惯性”作用的影响。既然不是所有的试验机都存在初始瞬时的效应,所以在求取结果时就不能一律丢掉第一个下峰点。但事实上,大部分的厂家的试验机处理程序都是丢掉了第一个下峰点的。
 
  4、试验人员的影响:在试验设备已确定的情况下,试验结果的优劣就完全取决于试验人员的综合素质。目前我国材料试验机的操作人员综合素质普遍不高,专业知识与理论水平普遍较为欠缺,再加上新概念、新名词的不断出现,使他们很难适应材料试验的需求。
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