CN102494812A - 一种检测金属材料规定残余伸长应力的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种检测金属材料规定残余伸长应力的方法，属于金属材料检测技术领域。手动方式分组试验，寻找保荷时间、加载和卸载的循环次数、加载速率、试样尺寸和加工质量对试验结果的影响规律；找出关键因素加以控制，确定最佳试验参数，编制试验控制程序，将手动控制改为程序自动控制。本发明采用程序控制方法检测金属材料规定残余伸长应力，操作过程简单、规范，大大消除了人为操作产生的误差，试验数据稳定，能真实反映出材料的力学性能特征，提高试验效率，满足科研生产的检测要求。

Description

一种检测金属材料规定残余伸长应力的方法

技术领域

本发明属于金属材料检测技术领域，具体涉及一种检测金属材料规定残余伸长应力的方法。

背景技术

有关金属材料规定残余伸长应力的检测方法，在现有相关的国际标准、航标和各行业标准中，都没有明确规定。而GB/T228-2002标准，只在附录Ι中提供了一种可以采用手动控制检测方法的例子，例证说明的比较笼统，因此，在实际检测中存在一定问题：

首先，举例中只是提到某材料的检测方法，对有些材料的检测不合适，对不同规格的试样不适用，检测时存在局限性。其次，采用手动控制，存在较大的人为误差，试样控制不规范，导致试验的成功率较低，数据分散不稳定，检测成本高，实验结果可比性差。

解决上述问题，需要实验室开展多方面的试样探索，摸清相关因素对试验结果的影响规律，针对不同的材料指定技术参数，开发软件功能变质检测控制程序，将手动控制技术改进为自动控制技术，提升实验室的检测能力。

为解决金属材料规定残余伸长应力的检测难题，需建立一种新的试验方法，填补该方面检测空白，满足科研生产的检测需求。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种检测金属材料规定残余伸长应力的方法。

参照GB/T228-2002标准举例中的方法，制备试样，将试样连接到试验机上，安装引伸计，测量试样变形量，本发明方法具体按如下步骤执行：

步骤1：根据不同材料，设定初始参数，包括预载荷F₀=R_r0.2×S₀×10%、加载速率（mm/min）、保荷时间（s）、加载循环次数和每次循环缓冲时间；施加预载荷，自动记录引伸计伸长量；

步骤2：在预载荷基础上加载至第1次总伸长量，第1次总伸长量=标距×0.2%，持续到设定的保荷时间；

步骤3：卸载至初始状态，即预载荷状态，自动记录此时被测材料的第1次残余伸长量及对应的施加力大小，停留设定的缓冲时间；

步骤4：加载力至第i次总伸长量，i=2，3……n，持续到设定的保荷时间，第i次总伸长量=第i-1次总伸长量+(第i-1次总伸长量-第i-1次残余伸长量)，自动记录第i次总伸长量及对应施加力大小；

步骤5：卸载至初始状态，自动记录第i次残余伸长量及对应施加力大小，停留设定的缓冲时间；

步骤6：若第i次残余伸长量超过规定残余伸长量，则停止；记录此次残余伸长量及对应施加力大小，并绘制应力-应变曲线，结束。

采用线性内插法计算规定残余伸长力值F_r0.2，求得规定残余伸长应力R_r0.2= F_r0.2/S，S为原始横截面积，且通过最大载荷计算拉伸强度R_m。

有益效果：本发明采用程序控制方法检测金属材料规定残余伸长应力，操作过程简单、规范，大大消除了人为操作产生的误差，试验数据稳定，能真实反映出材料的力学性能特征，提高试验效率，满足科研生产的检测要求。

附图说明

图1 国家标准R7圆形试样图；

图2 本发明实施例规定残余伸长应力与保荷时间的关系曲线；

图3本发明实施例规定残余伸长应力与循环次数的关系曲线；

图4本发明实施例循环次数与保荷时间比的关系曲线；

图5本发明实施例1程序控制检测的应力-应变曲线；

图6本发明方法控制程序流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

选用钛合金ZTC4棒材为例，制备试样，试验件采用同批次、同炉号的毛坯，采用机械加工制成GB/T228-2002标准规定的R7（φ5mm）圆形试样，试样如图1所示，引伸计标距L₀=25mm。试验机选用日本岛津AG-IS50KN电子拉力试验机上进行，试验机载荷测量精度±0.5％以内。采用电子引伸计，型号：SSG25-10,采用卸荷法进行金属规定残余伸长应力检测：1）手动方式分组试验，寻找保荷时间、加载和卸载的循环次数、加载速率、试样尺寸和加工质量对试验结果的影响规律；2）找出关键因素加以控制，确定最佳试验参数，编制试验控制程序，将手动控制改为程序自动控制。

将试样连接到试验机上，安装标距为25mm的引伸计，测量试样变形量，施加预载荷值F₀，F₀=R_r0.2×S₀×10%，记录F₀和引伸计读数，从F₀起第一次施加力至试样在引伸计标距的长度上产生总伸出量为0.05mm，保荷10s-12s,卸载至F₀，记录引伸计残余伸长量；第二次施加力直至试样在引伸计标距的长度上达到：第一次总伸长量0.05mm+（0.05mm-第一次残余伸长量），保荷10s-12s，卸载至F₀，记录引伸计残余伸长量，以此类推，经过几次加荷卸荷后，当残余伸长量达到或者稍微超过规定残余伸长量时为止，此时，采用内插法求出F_r0.2，求得规定残余伸长应力R_r0.2= F_r0.2/S。

对试验结果进行分析表明，保荷时间和循环次数对实验结果有较大影响，选择不当，实验数据会出现较大误差，直接影响试验结果的真实性和可靠性，采用控制变量法，分组对保荷时间和循环次数进行实验分析并将结果绘制成曲线，如图2、3所示。

由图2和图3可以看出，循环次数和保荷时间的变化对结果的影响趋势，考虑两者相互作用，用循环次数和保荷时间的比值，统一表征两者对残余伸长应力的作用规律，如图4所示。

在比值为0.58-0.61范围内时规定残余应力最小，表示在这种状态下抵抗塑性变形能力较低，这范围内的规定残余伸长应力值在825MPa-836MPa，ZTC4材料的使用应力不能低于估计值，应该是工程上的许用应力。因此试验参数应选择：循环次数为6-7次，保荷时间为11-12秒，与GB228-2002标准相符合。

用于检测残余伸长应力的AG-IS50KN电子拉力试验机，由计算机控制其运行，计算机附带检测软件，进行拉伸、压缩、弯曲试验，能够自动采集试验试验数据，绘制试验曲线，打印检测报告。

拉伸功能可选择：单向拉伸、循环拉伸和控制拉伸，其中，单向拉伸和循环拉伸试验时，做简单的参数设定即可完成检测试验，而控制拉伸为操作者提供一个编辑试验过程的平台，试验机生产厂家为方便用户使用，采用非常简单的计算机语言（不是计算机专业语言）进行编辑即可，就是采用中英文混编的方式来编辑检测程序，来控制试验过程，可以针对检测项目的不同、试样大小、循环次数、加载大小等具体情况由操作者自行编排。

计算机附带的检测软件，没有可供选择的具体的控制程序，试验过程中的每一步动作、目的、显示、记录等都需要操作者自己设计编程，只是编程的语言较为简单，需要操作者根据软件提供的平台做一整套试验步骤的编辑，每一步的指令都要非常明确，一般要编辑200～300步骤，才能完成检测任务。简单举例：在试验模式下，选择“控制试验”→试验类型→拉伸→进入试验设定：采用中英文字命令方式设定：DPStart→Forcespeed  800N/min →----- Dpstop。

编制试验程序，技术指标采用经分析选择的试验参数，执行本发明的具体步骤。

实施例1

检测ZTC4棒材材料的规定残余伸长应力（R_r0.2）：

试样采用R7（Φ5mm）圆形比例试样，选用型号为SSG25－10的引伸计测量试样的变形量，引伸计标距25mm，则规定的残余伸长量25mm×0.2％＝0.05mm。技术标准要求Rr0.2≥820MPa，预载荷F₀＝R_r0.2×S₀×10％＝820×3.14×(5/2）²×10％=1609N,取整数1600N。设定当循环次数达到6次时暂停，手动移出引伸计，然后设定以不小于21000N力的峰值（保证试验件的断裂）持续施加载荷，直至试样件断裂，自动记录各阶段的试验数据。本发明检测金属材料规定残余伸长应力的方法，流程如图6所示，具体按如下步骤执行：

步骤1：设定预载荷F₀=1600N、加载速率3mm/min、保荷时间11s、加载循环次数6次和每次循环缓冲时间为1s；施加预载荷，记录引伸计的伸长量0.01719mm；

步骤2：在预载荷基础上加载至第1次总伸长量0.123mm，保持11s，自动记录此时的载荷11622N，，完成第1次循环；

步骤3：卸载至初始状态，即预载荷状态1600N，自动记录引伸计的伸长量0.0144mm，得到残余伸长量0.0002mm，缓冲时间为1s；

步骤4：在预载荷的基础上加载至引伸计达到0.0147mm，自动记录此时的载荷12197N，保持11s；

步骤5：卸载到预载荷1600N，自动记录引伸计的伸长量0.0147mm，得到残余伸长量0.0003mm，完成第2次循环，缓冲时间为1s；

步骤6：重复上述步骤，记录残余伸长量，当达到（或稍微超过）规定的残余伸长量0.05mm时，停止循环加载、保荷和卸载过程，并绘制应力-应变曲线，结束。应力-应变曲线如图5所示。

卸载引伸计，以5mm／min的速率拉伸，直至试样断裂。采用内插法计算材料的规定残余伸长应力R_r0.2；通过最大载荷计算拉伸强度R_m， 

采用线性内插法计算规定残余伸长力值F_r0.2，求得规定残余伸长应力R_r0.2= F_r0.2/S₀。

R_r0.2——规定残余伸长应力，单位MPa；

F_r0.2——规定残余伸长力值，单位N；

S₀。——试样的原始横截面积，单位mm。

选取最接近0.05 mm残余伸长量的两组数据，即第5次循环和第6次循环数据：残余伸长量0.0417 mm对应力值15869N；残余伸长量0.0576 mm对应力值16188N，用线性内插法求得规定残余伸长力F_r0.2： 

 F_r0.2=[（0.0576-0.05）×16121+(0.05-0.0417) ×16288]/(0.0576-0.0417)=16208N

得到: R_r0.2= Fr0.2/S=16208/19.625=825.88MPa

抗拉强度R_m=16975/19.625=865 MPa。

发出试验报告，试验完毕。

实施例2

检测1Cr18Ni9Ti板材材料的规定残余伸长应力（R_r0.2）：

试样采用P4（规格2mm×20mm）矩形比例试样，选用型号为SSG50－10的引伸计测量试样的变形量，引伸计标距50mm，则规定的残余伸长量50mm×0.2％＝0.1mm。技术标准要求R_r0.2≥196MPa，预载荷F₀＝R_r0.2×S₀×10％＝196×2×20×10％=784N,取整数800N。将试样件通过工装夹具连接到试验机上，引伸计安装并调零。设定当循环次数达到6次时暂停，手动移出引伸计，然后设定以不小于3000N力的峰值（保证试验件的断裂）持续施加载荷，直至试样件断裂，自动记录各阶段的试验数据。；按如下步骤执行本发明方法：

步骤1：设定预载荷F₀=800N、加载速率4mm/min、保荷时间11s，加载循环次数为6次，每次循环缓冲时间为1s；施加预载荷F₀＝800N，记录引伸计的伸长量0.002mm；

步骤2：在预载荷的基础上加载至引伸计达到0.10mm，自动记录此时的载荷10000N，保持11s；

步骤3：卸载到预载荷800N，自动记录引伸计的伸长量0.0023mm，得到残余伸长量0.0003mm，完成第1次循环，停留1s；

步骤4：在预载荷的基础上加载至引伸计达到0.110mm，自动记录此时的载荷12594N，保持11s；

步骤5：卸载到预载荷800N，自动记录引伸计的伸长量0.029mm，得到残余伸长量0.027mm，完成第2次循环，停留1s；

步骤6：重复上述步骤，记录残余伸长量，当达到（或稍微超过）规定的残余伸长量0.1mm时，停止循环加载、保载和卸载过程；并绘制应力-应变曲线，结束。

卸载引伸计，以10mm／min的速率拉伸，直至试样断裂。采用内插法计算材料的规定残余伸长应力Rr0.2；通过最大载荷计算拉伸强度Rm，选取最接近0.1 mm残余伸长量的两组数据，即第5次循环和第6次循环数据：残余伸长量0.9987 mm对应载荷14020N；残余伸长量0.118 mm对应载荷14063N，用线性内插法求得规定残余伸长力Fr0.2： 

 F_r0.2=[（0.118-0.1）×14020+(0.1-0.097) ×14063]/(0.118-0.097)=14026N

得到: R_r0.2= F_r0.2/S=14026/40.6=345.47MPa   修约后R_r0.2=345 MPa

抗拉强度R_m=24738/40.6=610 MPa。

发出试验报告，试验完毕。

Claims (2)

1.一种检测金属材料规定残余伸长应力的方法，其特征在于：具体按如下步骤进行：

步骤1：根据不同材料，设定初始参数，包括预载荷、加载速率、保荷时间、加载循环次数和每次循环缓冲时间；施加预载荷，自动记录引伸计伸长量；

步骤2：在预载荷基础上加载至第1次总伸长量，第1次总伸长量=标距×0.2%，持续到设定的保荷时间；

步骤3：卸载至初始状态，即预载荷状态，自动记录此时被测材料的第1次残余伸长量及对应的施加力大小，停留设定的缓冲时间；

步骤4：加载力至第i次总伸长量，i=2，3……n，持续到设定的保荷时间，第i次总伸长量=第i-1次总伸长量+(第i-1次总伸长量-第i-1次残余伸长量)，自动记录第i次总伸长量及对应施加力大小；

步骤5：卸载至初始状态，自动记录第i次残余伸长量及对应施加力大小，停留设定的缓冲时间；

步骤6：若第i次残余伸长量超过规定残余伸长量，则停止；记录此次残余伸长量及对应施加力大小，并绘制应力-应变曲线，结束。

2.根据权利要求1所述的检测金属材料规定残余伸长应力的方法，其特征在于：采用线性内插法计算规定残余伸长力值F_r0.2，求得规定残余伸长应力R_r0.2= F_r0.2/S，S为原始横截面积，且通过最大载荷计算拉伸强度R_m。

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