電子試驗(yàn)機(jī)材料屈服點(diǎn)的求取的常見(jiàn)問(wèn)題

 

　　任何材料在受到外力作用時(shí)都會(huì)變形，在受力的開(kāi)始階段，這種變形和受到外力基本成線性的比例關(guān)系，此時(shí)如果外力消失，那么材料的變形也將消失，恢復(fù)原形，這一階段被稱為彈性階段，但是如果當(dāng)外力增大到一定程度以后，變形與受到的外力將不再成線性比例關(guān)系，這時(shí)當(dāng)外力消失后，材料的變形將不能*消失，外型尺寸將不能*恢復(fù)到原狀，這一階段稱為塑性變形階段。

 

　　所有產(chǎn)品和設(shè)備都是由各種不同性能的材料構(gòu)成的，他們?cè)谑褂眠^(guò)程中會(huì)受到各種各樣的外力作用，自然而然就會(huì)產(chǎn)生變形，而這種變形必須被限制在彈性范圍之內(nèi)，否則產(chǎn)品的形狀將會(huì)發(fā)生變化，影響繼續(xù)使用，設(shè)備的形狀也將發(fā)生變化，輕則造成加工零部件精度等級(jí)下降，重則造成零部件報(bào)廢，產(chǎn)生重大的質(zhì)量事故。那么如何確保變形是在彈性范圍內(nèi)呢？從上面的分析已知材料的變形分為彈性變形與塑性變形兩個(gè)階段，只要找出這對(duì)已知材料的力學(xué)性能進(jìn)行試驗(yàn)與理論分析，人們總結(jié)出了采用屈服點(diǎn)、非比例應(yīng)力兩個(gè)階段的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，工程設(shè)計(jì)人員就可確保產(chǎn)品與設(shè)備的可靠運(yùn)行。

 

　　由于材料種類繁多，性能差異很大，彈性階段與塑性階段的過(guò)渡情況很復(fù)雜，通過(guò)和殘余應(yīng)力等指標(biāo)作為材料彈性階段與塑性階段的轉(zhuǎn)折點(diǎn)的指標(biāo)來(lái)反應(yīng)材料的過(guò)渡過(guò)程的性能，其中屈服點(diǎn)與非比例應(yīng)力是常用的指標(biāo)。雖然屈服點(diǎn)與非比例應(yīng)力同是反應(yīng)材料彈性階段與塑性階段“轉(zhuǎn)折點(diǎn)”的指標(biāo)，但它們反應(yīng)了不同過(guò)渡階段特性的材料的特點(diǎn)，因此它們的定義不同，求取方法不同，所需設(shè)備也不*相同。因此筆者將分別對(duì)這兩個(gè)指標(biāo)進(jìn)行分析。

 

　　從上面的描述，可以看出準(zhǔn)確求取屈服點(diǎn)在材料力學(xué)性能試驗(yàn)中是非常重要的，在許多的時(shí)候，它的重要性甚至大于材料的極限強(qiáng)度值（極限強(qiáng)度是所有材料力學(xué)性能必需求取的指標(biāo)之一），然而非常準(zhǔn)確的求取它，在許多的時(shí)候又是一件不太容易的事，包括夾具、試驗(yàn)機(jī)測(cè)控環(huán)節(jié)、結(jié)果處理軟件以及試驗(yàn)人員理論水平，其中：

 

　　1、夾具影響：這類影響在試驗(yàn)中發(fā)生機(jī)率高，表現(xiàn)為試樣夾持部分打滑或試驗(yàn)機(jī)某些力值傳遞環(huán)節(jié)間存在較大間隙等因素，它在舊機(jī)器上出現(xiàn)的概率較大。由于機(jī)器使用一段時(shí)間后，各相對(duì)運(yùn)動(dòng)部件間會(huì)產(chǎn)生磨損，使得摩擦系數(shù)明顯降低，直觀表現(xiàn)為夾塊的鱗狀尖峰被磨平，摩擦力大幅度的減小。當(dāng)試樣受力逐漸增大達(dá)到大靜摩擦力時(shí)，試樣就會(huì)打滑，從而產(chǎn)生虛假屈服現(xiàn)象。如果以前使用該試驗(yàn)機(jī)所作試驗(yàn)屈服值正常，而現(xiàn)在所作試驗(yàn)屈服值明顯偏低，且在某些較硬或者較脆的材料試驗(yàn)時(shí)現(xiàn)象尤為明顯，則一般應(yīng)首先考慮是這一原因。這時(shí)需及時(shí)進(jìn)行設(shè)備的大修，消除間隙，更換夾塊。

 

　　2、試驗(yàn)機(jī)測(cè)控環(huán)節(jié)的影響：試驗(yàn)機(jī)測(cè)控環(huán)節(jié)是整個(gè)試驗(yàn)機(jī)的核心，隨著技術(shù)的發(fā)展，目前這一環(huán)節(jié)基本上采用了各種電子電路實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)控。由于自動(dòng)測(cè)控知識(shí)的深?yuàn)W，結(jié)構(gòu)的復(fù)雜，原理的不透明，一旦在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中考慮不周，就會(huì)對(duì)結(jié)果產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，并且難以分析其原因。

 

　　3、結(jié)果處理軟件的影響：目前生產(chǎn)的試驗(yàn)機(jī)絕大部分都配備了不同類型的計(jì)算機(jī)（如PC機(jī)，單片機(jī)等）），以完成標(biāo)準(zhǔn)或用戶定義的各類數(shù)據(jù)測(cè)試。與過(guò)去廣泛采用的圖解法相比有了非常大的進(jìn)步。然而由于標(biāo)準(zhǔn)的滯后，原有的部分定義，就顯得不夠明確。如屈服點(diǎn)的定義，只有定性的解釋，而沒(méi)有定量的說(shuō)明，很不適應(yīng)計(jì)算機(jī)自動(dòng)處理的需求。這就造成了：

 

　　1）判斷條件的各自設(shè)定：就屈服點(diǎn)而言（以金屬拉伸GB/T228-2002為例）標(biāo)準(zhǔn)是這樣定義的，屈服強(qiáng)度：當(dāng)金屬材料呈現(xiàn)屈服現(xiàn)象時(shí)，在試驗(yàn)期間達(dá)到塑性變形發(fā)生而力不增加的應(yīng)力點(diǎn)，應(yīng)區(qū)分上屈服強(qiáng)度和下屈服強(qiáng)度。上屈服強(qiáng)度：試樣發(fā)生屈服而力下降前的高應(yīng)力。下屈服強(qiáng)度：在屈服期間，不計(jì)初始瞬時(shí)效應(yīng)時(shí)的低應(yīng)力。這個(gè)定義在過(guò)去使用圖解法時(shí)一般沒(méi)有什么疑問(wèn)，但在今天使用計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)時(shí)就產(chǎn)生了問(wèn)題。

 

　　2）對(duì)下屈服點(diǎn)定義中“不計(jì)初始瞬時(shí)效應(yīng)”的誤解：什么叫“初始瞬時(shí)效應(yīng)”？它是如何產(chǎn)生，是否所有的試驗(yàn)都存在？這些問(wèn)題國(guó)標(biāo)都未作解釋。所以在求取下屈服強(qiáng)度時(shí)絕大多數(shù)的情況都是丟掉了個(gè)“下峰點(diǎn)”的。筆者經(jīng)過(guò)多方查閱資料，了解到“初始瞬時(shí)效應(yīng)”是早期生產(chǎn)的通過(guò)擺錘測(cè)力的試驗(yàn)機(jī)所*的一種現(xiàn)象，其原因是“慣性”作用的影響。既然不是所有的試驗(yàn)機(jī)都存在初始瞬時(shí)的效應(yīng)，所以在求取結(jié)果時(shí)就不能一律丟掉個(gè)下峰點(diǎn)。但事實(shí)上，大部分的廠家的試驗(yàn)機(jī)處理程序都是丟掉了個(gè)下峰點(diǎn)的。

 

　　4、試驗(yàn)人員的影響：在試驗(yàn)設(shè)備已確定的情況下，試驗(yàn)結(jié)果的優(yōu)劣就*取決于試驗(yàn)人員的綜合素質(zhì)。目前我國(guó)材料試驗(yàn)機(jī)的操作人員綜合素質(zhì)普遍不高，專業(yè)知識(shí)與理論水平普遍較為欠缺，再加上新概念、新名詞的不斷出現(xiàn)，使他們很難適應(yīng)材料試驗(yàn)的需求。