金属拉伸试验屈服点影响因素分析

总第186期

2011年第6期

HEBEIMETALLURGY

Total186Number62011，

金属拉伸试验屈服点影响因素分析

徐海云

（河北钢铁集团宣钢公司计量检验中心，河北宣化075100）

摘要：分析了金属拉伸试验屈服点的影响因素，诠释了屈服点选取时产生误差的原因以及应注意的事项，给出了宣钢公司操作经验供参考。关键词：拉伸；屈服点；打滑；变形；分析中图分类号：TG115．5

文献标识码：B

文章编号：1006－5008（2011）06－0012－03

ANALYSISABOUTINFLUENCE

FACTORSTOYIELDPOINTINMETALTENSIONTEST

XuHaiyun

（MeasureandInspectCenter，XuanhuaIronandSteelCompany，HebeiIronandSteelGroup，Xuanhua，He-bei，075100）

Abstract：Itisanalyzedtheinfluencefactorstoyieldpointinmetaltensiontest，explainedthereasonforerrorinselectingyieldpointaswellaskeysbeingpaidattention．KeyWords：tension；yieldpoint；skid；deformation；analysis

1前言

河北钢铁集团宣钢公司是以长材作为主打产品

面向市场的，所有产品均进行出厂检验，主要包括外观检验和物理性能检验两大部分，在物理性能检验

屈服强度是拉伸中又以拉伸试验为主要检测内容，

测试的准确与否会直接影响试验中的主要测试项，

也给用户判断强屈比带来影响。到产品的合格与否，

金属试样在受到外力作用时会产生变形。在受变形与受到的外力基本成线性比例力的初始阶段，

关系，这时若外力消失，材料的变形也将消失，恢复

原状，这一阶段通常称为弹性阶段。但当外力增大变形与受到的外力将不再成线性比到一定程度后，例关系，这时当外力消失后，材料的变形将不能完全外型尺寸将不能完全恢复到原状，这一阶段称消失，

为塑性变形阶段。钢材在使用过程中易受到各种各样的外力作用，产生变形，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永久变化，影响继续使用，严重的还会发生断裂等重大质量事故。比如像弹簧一样，在一定范围内拉伸弹簧是可以恢

收稿日期：2011－03－14

1995年毕业于河北理工学作者简介：徐海云（1973－），男，工程师，

院工业分析专业，现在河北钢铁集团宣化公司计量检验中心从事钢E－mail：gxgzwh@126．com材检验工作，

但一旦拉伸力超出了弹簧的受力极限，弹复原状的，

簧就被破坏了，不可恢复到初始状态，成了报废品。

准确求取屈服点在力学性能试验中是非常重要的，在检测过程中由于受到各种因素的制约很难非常准确的求取，下面结合实际工作中遇到的问题分析影响屈服点的各个因素。2操作人员的影响

试验结果的准确程度很大程度上取决于试验人员的综合操作素质，尤其是在新的试验机不断更新换代，试验软件各厂家界面不统一的形势下。实际生产中受试验人员文化程度及操作水平的限制，在一些概念及操作上存在着一些误区，常出现如下的问题。

2．1

非比例应力与下屈服定义不作区分

虽然非比例应力与屈服都是反应材料弹性阶段

但两者有着本质的与塑性阶段的过渡状态的指标，

不同。下屈服是材料固有的性能，而非比例应力是通

过人为规定的条件计算的结果，在国标中规定它可以Rp0．5等形式，如Rp0．2，有不同变形量的非比例应力点，

但钢材的下屈服点只有一个。当材料存在下屈服点时是无需求取非比例应力的，只有材料没有明显的屈服点时才求取非比例应力。部分试验人员对此理解不深，以为上屈服、下屈服、非比例应力对每次试

验都存在，且需全部求取。

2．2

将具有不连续屈服的趋势当作具有屈服点理地设置低通滤波器的截止频率，将放大器的频带限

制在一个适当的范围，就能使试验机的测量控制性能有时特意提得到极大地提高。然而在实际的设计中，高了数据的稳定性，而忽略了数据的真实性，将滤波器的频带设置的非常低。这样在滤掉干扰信号的同时，把有用信号也一起滤掉了。尤其是屈服表现为力值多次上下波动的情况，必定会引起数据曲线的失真。但同时要值得注意的一点是，如果放大器的频带设置太宽的话，会引入干扰信号，同样会产生错误的曲线。在购置试验机时一定要注意这一点。

3．2

控制方法的使用

金属材料拉伸试验时在有些测试过程中会发生异常现象，虽然变形继续发生，力值也继续增大，但力值的增大幅度却发生了由大到小再到大的过程，但波

有点象产生屈服的动的幅度不是太大。从曲线上看，

趋势。这样的现象经常发生在宣钢公司生产的盘条

在钢坯螺纹钢的测试中。由于盘条螺纹钢规格较细，

化学成分及轧制工艺的影响下，有时在拉伸试验时表现为屈服点不明显，尤其是在表盘式的试验机上，表针在行进过程中根本无任何的回摆和停顿。但有时由于受打滑、振动等因素的影响，会造成表针或曲线

波动，从而形成假屈服点。见图1的小幅度的回摆、

（电液伺服试验机拉伸曲线图）。

金属拉伸试验发生屈服时应力与应变的关系

（发生屈服时，应力不变或产生上下波动，而应变则继续增大）GB/T228－2002推荐的控制模式为恒应变控制，而在屈服发生前的弹性阶段控制模式为恒应力控制，这在宣钢公司所有的试验机是不可能完成的。因为它要求在刚出现屈服现象时改变控制模但在试验未完成前是无法得知屈服产生于何处式，的，这是自相矛盾的控制。在实际生产过程中，一般都是用同一种控制模式来完成整个试验的。对于使用恒位移控制（速度控制）的试验机，由于在弹性阶段的应力速率与应变速率成正比关系，只要选择合

全程采用速度控制就可兼容两个阶适的试验速度，

图12．3

拉伸试验中力－变形图（无明显屈服点）

表盘试验机读数误差

段的控制特性要求。在使用力控制时，如果试验机

的响应特别快，屈服发生的过程时间就会非常短，如果数据采集的速度不够高，就会丢失屈服值，优异的控制性能反而变成了产生误差的原因。

测试软件设计的影响

在金属拉伸GB/T228－2002中是这样定义的：“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。

宣钢技术中心物理性能试验现场所使用的电液

伺服、微机屏显、电子拉伸试验机全部采用PC机作采集、输出的载体完成标准或自定义的各类为控制、

数据测试。在软件中可通过显示器实时观测到试验的各种曲线。在GB/T228－2002中屈服点只有定性的解释，而没有定量的说明，而计算机自动处理程序则要求采集系统给出定量的控制。因此形成了各试验机生产商条件判断不一致的现象。宣钢公司现有新三思、济南试金、上海申力、济南东测等多个厂家多种产品，在实际测试过程中体会到，同一根试样在分成几段后在不同类型的试验机上检测时屈服点总有一定的偏差。

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4

在表盘式试验机中读取屈服强度时，由于受夹持方式、器具、试样本身因素的影响造成阶段性的打在表盘上表现为指针不断地回摆，导致读取屈服滑，

力值时无法准确定位，形成人为读数的误差。3

试验机本身测控环节的影响

试验机测控环节是整个试验机的核心，随着科技的进步，宣钢现在约有60%的试验机采用了微机控制。由于自动测控知识仍属于比较尖端的技术领域，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。

3．1

传感器放大器频率范围

由于目前的电液、电拉试验机上所采用的力值检测元件基本上为载荷传感器或压力传感器，而这两类传感器都为模拟小信号输出类型，在使用中必须进行信号中继放大。而测试环境中存在着各种各样的电磁干扰信号，这种干扰信号会通过许多不同的渠道耦合到测量信号中一起被放大，结果使得有用信号被干扰。为了从干扰信号中提取出有用信号，针对材料试验机的特点，一般在放大器中设置有低通滤波器。合

在实际测试中由于以下几个问题的存在造成屈服点的不一致现象。

（1）屈服强度力恒定的标准：由于各种干扰源的存在，计算机所采集的数据不会绝对保持恒定，这GB/T228－就需要给出一个允许的数据波动范围，2002未作定义，由各个试验机生产厂家自行定义。定义条件的不统一，导致所求结果有所差异。

（2）上下屈服强度的波动：若材料出现上下屈服点，则必然出现力值的上下波动，国标未给出明确的定量指标，取的太小，可能将干扰误求为上下屈服点，取得太大，则可能将部分上下屈服点丢失。目前宣钢公司使用的试验机均在系统中自定义了这个幅度的波动参数。在生产中仍还存在人工根据经验在容易造成测试曲线进行调整来求取屈服点的现象，

人为求取误差。5

夹具的影响

夹具的影响在宣钢公司作物理性能试验中发生的机率最高，约占到80%以上。主要表现为试样夹持部分打滑，由于试验机在使用一段时间后，各运动部件间会产生磨损现象，使得摩擦系数明显降低，最在夹持试样后直观的表现为夹块的夹持面被磨平，咬合力不够，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，拉伸的轴向力在瞬时大于了轴向的摩擦力后，试样就会打滑，在表盘上表现为大幅度的回摆，在微机图示中表现为曲线的异常上下波动，并且一般在试验过程中可听到明显的响声，产生虚假屈服现象，见图2

。

6结语

针对上述讨论，在尽可能选择精度高、运行稳定

的试验机的前提下，宣钢技术中心物理性能试验室在多次试验后总结出以下操作经验与同行交流：

（1）消除试验过程中的打滑现象。在条件允许情况下尽可能使用V型钳口，必要时更换新的钳口。带状试样的钳口应定期检查，一旦发现有严重的磨损应及时更换。在钳口部分加MoS2以增大钳口与试样的摩擦阻力。

（2）上、下屈服力判定的基本原则：屈服前的第一个峰值力（第一个极大力）判为上屈服力，不管其后的峰值力比它大或小。屈服阶段中如呈现两个或两个以上的下峰力，舍去第一个下峰值力（第一个取其余下峰值力中之最小者判为下屈极小值力），

服力。如只呈现一个下降下峰值力，此下峰值力判为下屈服力。在试验过程中如听到钳口打滑，此点回摆数据不计，在图示上如有较大的曲线波动视为打滑，不计此点数据，必要时进行人工修正。

（3）区分无明显屈服的基本原则：在尽可能消除设备打滑原因之后，如表盘式试验机无明显回摆

微机控制试验机曲线图上无明显波动曲线视现象、

为无明显屈服点，需再取样进行Rp0．2的非比例应力点的测定。

（4）在无特殊情况下，尽可能采用位移控制试验的进程，在塑性变形之前（如无明显屈服点应在引伸计变形量超过0．5mm以上）采用GB/T228－2002中规定的拉伸速率恒速试验。

（5）在长期积累试验数据的基础上，分析钢种的屈服点的范围及是否明显，对超出范围的重取样重点监控，对屈服点长期不明显的钢种要求全部使用引伸计来测定Rp0．2非比例应力点。

参考文献

［1］GB/T228－2002金属材料室温拉伸试验方法．

图2拉伸试验中力－变形图（图中曲线下V形为打滑现象）

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/bnr1.html