金属拉伸速度对强度影响的分析

1 前言 金属的拉伸试验是金属材料力学性能测试的最常用的方法之 一，拉伸试验的三个外在试验条件，即为温度、加载速率和沿试样轴 线的加载点的位置。根据拉伸试验的加载速率，可以把拉伸试验分 为低速拉伸试验，常规速率拉伸试验和高速拉伸试验（又称冲击拉 伸试验）。拉伸速率对金属材料的强度有明显的规律性，这已被广大 金属材料研究者所认识。董强[1]通过试验分析和对我国历次拉伸试 验标准的研究和讨论，认为金属拉伸速率对金属材料屈服性能的影 响具有规律性，其影响是应引起高度重视，不同金属材料的同一种 力学性能或者同一金属材料的不同力学性能对拉伸试验速率的敏 感程度是不一样的。章荣建[2]采用 WE-60 万能试验机对 HRB335 带 肋钢筋进行拉伸试验，以研究拉伸速度对金属材料力学性能的影 响，研究指出随着金属材料的拉伸速度的增大，材料的强度随之增 大。 2 不同拉伸速度对金属材料强度影响的试验研究 2.1 试验概况 拉伸试验采用大型 WDW-300 电子万能试验机，可以同步显示 试验中试件的应力、位移、速度、试验状态并可绘制出试验曲线，还 具有限位、超载自动保护和试验断裂自动停机的功能。选用 Ф12 型 号为 HRB335 的带肋钢筋作为试验试样，试样的平行长度和试样的 原始标距符合有关规定，试样平行长度取 150mm，将一根长为 3.75m 的 Ф12 型号为 HRB335 的带肋钢筋截断为 25 段，分为 5 组 （编号为 a、b、c、d、e），每组 5 根。试验中，5 组试样的拉伸应力速度分 别 设 定 为 ：a 组 为 25 ~30MPas -wenku.baidu.com；b 组 35 ~40 MPas -1；c 组 为 45 ~50 MPas-1；d 组为 55~60 MPas-1；e 组为 65~70 MPas-1。 2.2 拉伸试验结果分析 Ф12 型号为 HRB335 的带肋钢筋拉伸试验结果见表 1。 通过拉伸试验结果表 1，可以看出不同拉伸速度下 Ф12 型号为 HRB335 带肋钢筋，屈服强度和抗拉强度均随着拉伸速度的增加有
将每个组的拉伸应力速度平均值与屈服强度、抗拉强度绘制成 曲线见图 1。通过图 1，可以看出，拉伸应力速度从 25MPas-1 到增大 70MPas-1，抗拉强度曲线平缓上升，而屈服强度曲线变化较大，同样 反映出，屈服响度和抗拉强度随拉伸速度的增大而增加，且屈服强 度较抗拉强度对拉伸速度敏感。
图 1 拉伸应力速度平均值与屈服强度、抗拉强度曲线 3 金属拉伸速度影响其强度的分析 试验拉伸速度对材料强度影响可以运用材料科学理论来解答， 材料科学研究指出所有材料在外力作用下都会变形或者流动（也就 是流变现象），表现出粘弹性的特点。粘弹性就是同时具有弹性材料 和粘性材料的特性，理想的弹性材料的应力与应变关系服从虎克定 律（Hooke law）；理想粘性材料服从牛顿液体定律(Newtoniun Liquid Model)。现实世界中的材料都不会完全符合这两种定律中的单一一 种，而往往是既有理想弹性材料的性质又有理想粘性材料的性质。 金属材料在应力水平较低的情况下，表现出理想弹性材料的应力应 变关系；当金属材料内部裂隙段达到屈服后，便变现出典型的粘弹 性材料的特征。不同的金属材料屈服强度的对于试验速度的效果， 可以根据测量数值反映其对试验加载速度的敏感程度。 4 结论 采用大型 WDW-300 电子万能试验机对 Ф12 型号为 HRB335 带肋钢筋的拉伸试验，可以得出拉伸速度对金属材料强度影响。 4.1 金属材料的屈服强度和抗拉强度均随着拉伸速度的增加 有不同程度增大。 4.2 金属材料的屈服强度与抗拉强度相比，屈服强度对拉伸速 度的影响更敏感，不同的金属材料屈服强度的对于试验速度的效 果，可以根据测量数值反映其对试验加载速度的敏感程度。
参考文献 [1]董强，宰绍峰，孙建林，等.GB/T228.1-2010 中的拉伸试验速率及 其控制[J].理化检验(物理分册)47(12),2011,774~781. [2]章荣建.金属拉伸速度对强度影响的控制[J].机电技术,2,2008:38~ 40.
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不同程度的增大。试件屈服强度最大值为 416.3MPa，最小值为 375.9MPa，屈服强度最大值和最小值相差 40.4MPa，拉伸应力速度从 25MPas -1 增 大 到 70MPas -1，屈 服 强 度 增 大 值 所 占 比 例 为 9.7% ~ 10.7%；试件抗拉强度最大值为 563.5MPa，最小值为 550.0MPa，抗拉 强度最大值与最小值之差为 13.5MPa，拉伸应力速度从 25MPas-1 到 增大 70MPas-1，抗拉强度强度增大值所占比例为 2.3%~2.5%。对比 不同拉伸速度下，试件屈服强度和抗拉强度的变化，可以看出，拉伸 速度对屈服强度的影响大于对抗拉强度的影响，也就是说金属的屈 服强度对拉伸速度的敏感性较抗拉强度强烈。
工业技术
2012 年 8 月（下） 科技创新与应用
金属拉伸速度对强度影响的分析
陈妍 （天津市质量监督检验站第十五站，天津 300308）
摘 要：采用大型 WDW-300 电子万能试验机对 Ф12 型号为 HRB335 带肋钢筋的拉伸试验，可以得出拉伸速度对金属材料强度 影响具有明显的规律性。金属材料的屈服强度和抗拉强度均随着拉伸速度的增加有不同程度增大；金属材料的屈服强度与抗拉 强度相比，屈服强度对拉伸速度的影响更敏感，不同的金属材料屈服强度的对于试验速度的效果，可以根据测量数值反映其对试 验加载速度的敏感程度。 关 键 词 ：金属材料；拉伸试验；屈服强度