浅析加工对金属材料拉伸性能的影响

申志敏+高静

摘 要：加工作为通过一定的方式和工序把原材料或半成品转化成目标需求的一个过程，在现代工业中得到了广泛的应用。本文将以金属材料的特殊性质为出发点，进一步从加工条件、拉伸速度、试样加工三个方面，详细论述加工对金属材料拉伸性能的影响，以期为提高金属材料的加工精度提供参考。

关键词：加工条件；拉伸速度；试样加工；金属材料；拉伸性能

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.13.011

0 引言

随着社会的进步以及金属材料应用领域的逐步扩大，其对人们的生活有着越来越重要的影响，而拉伸性能作为检验金属材料是否符合规定标准的重要指标之一，要求在金属材料的加工过程中应当具备较高的加工工艺。基于此，本文笔者将结合自己的工作实践就加工对金属材料拉伸性能的影响问题进行探讨，以供商榷。

1 金属材料的特殊性质

金属材料通常是指由金属元素或以金属元素为主所构成的具有金属特性的材料的统称，主要包括纯金属、特种金属、合金以及金属材料金属间化合物等。一般来说，在金属材料的加工过程中，其组织会受到一定的影响而发生相应的改变。因此，了解并把握金属材料的特殊性质对加工具有至关重要的影响，具体而言，金属材料的特殊性质主要表现为如下三个方面：

（1）疲劳。许多金属材料，例如：工程构件、机械零件等，在工作过程中需要承受交变载荷，在此作用下，虽然金属材料的屈服极限远远高于应力水平，但经过长期的应力循环作用后，也会出现突然脆性断裂现象，此现象就是金属材料的疲劳，是一种最常见也最危险的断裂形式。（2）塑性。在载荷外力的作用下，金属材料所呈现的永久变形而不被破坏的能力即为金属材料的塑性。金属材料的塑性越好，越能在较大的范围内形成塑性变形，并在塑性变形的过程中强化金属材料的强度，增加金属材料的安全性。（3）硬度。硬度主要是指金属材料对硬物体压入其表面的抵抗能力，是考量金属材料性能的重要指标之一。金属材料的硬度是起始塑性变形抗力与继续塑性变形抗力共同作用的结果，一般来说，金属材料的硬度越高，耐磨性也就会越好。

2 加工对金属材料拉伸性能的影响

2.1 加工条件对金属材料拉伸性能的影响

根据加工时成型温度、时间以及压力的不同，金属材料拉伸性能会受到不同程度的影响，其中以横向拉伸强度所受的影响最为突出。通常而言，随着成型温度的升高，金属材料内部的分子运动能量、熔体的自由体积以及链段的活动能力均会随之增加，从而降低分子间的相互作用及熔体粘度，增加金属材料的横向拉伸强度。但这不并不意味着成型温度越高越好，因为成型温度如果过高，就会使聚丙烯树脂本身的氧化速度加快，导致大分子主链断裂等不良情形，影响金属材料的性能。其次，金属材料的横向拉伸强度会随着加工时间的延长而呈现出先增加后趋于平缓的趋势，加工时间过短容易导致聚丙烯树脂熔体出现流动不畅等不良现象，但在达到饱和值后再延长时间，同样不会对结果有太大的改变。最后，金属材料的横向拉伸强度会随着压力的增大呈现出先增后减的趋势，压力在3MPa～7MPa之间，金属材料的横向拉伸强度会随压力的增加而增加，而当压力在7MPa～9MPa之间，横向拉伸强度则会随着压力的增加而降低，因此，压力对金属材料拉伸性能的影响是双面的，在加工过程中应当根据需要进行合理的控制。

2.2 拉伸速度对金属材料拉伸性能的影响

在金属材料的内部往往存在着位错等晶体缺陷，而在常温状态下，金属材料拉伸性能主要呈现在弹性变形阶段与塑性变形阶段。其中金属材料的塑性变形主要依靠位错方式来完成，一旦外力作用超过滑移的临界值，便会导致向晶向和晶面运动，而在运动过程中会产生相应的运动速度，这就导致金属材料在拉伸过程中，抗拉强度会随着拉伸速度的提高而升高。此外，金属材料在拉伸过程中，拉伸时间会存在一定的滞后性，若在低的拉伸速度下，金属材料可以承受200kN拉力，一旦拉伸的速度提高，同样给予金属材料200kN拉力，则会因位错密度远远高于在低的拉伸速度下状态，而导致金属材料断裂，因而拉伸速度的提高会大幅度降低金属材料的断后伸长率，并在达到临界值后呈现趋缓下降趋势。

2.3 试样加工对金属材料拉伸性能的影响

样坯切取和试样制备作为试样加工的两大重要环节，其中取样方向、位置、方法以及试样形状、尺寸、制备方法的不同，均会对金属材料拉伸性能产生一定的影响。具体影响主要表现为如下几个方面：首先，在和轧制方向相同的部位取样，能够增加金属材料的抗拉强度和屈服强度，提高金属材料拉伸性能，次之45°方向取样，而在和轧制方向垂直的部位取样金属材料的拉伸性能最差。其次，由于受组织结构、化学成分等不均匀性因素的影响，会使金属材料不同部位的力学性能出现一定的差异。以H型钢为例，腹板和翼缘的拉伸性能就存在很大的差别，通常对于翼缘宽度超过200mm的H型钢，应当在翼缘1/3处进行切取取样。最后，试样的制备方法包含很多种，如：冷剪法、砂轮片切割法、机械加工法以及火焰切割法等，但无论运用哪种方法，在操作过程中均应避免受热不均、加工硬化以及变形等不良现象的产生，保证金属材料的力学特性，增强其拉伸性能。

3 結束语

综上所述，在金属材料的加工过程中，无论是加工条件、拉伸速度还是试样加工均会对金属材料拉伸性能产生一定的影响，使其抗拉强度、断后伸长率以及横向拉伸强度发生相应的改变。因此，这就要求相关工作人员在工作实践中，应当充分了解并把握金属材料的特殊性质，并增强加工对金属材料拉伸性能影响问题的重视程度，从而逐步提高加工工艺，促使金属材料外观以及拉伸性能的切实提高。

参考文献：

[1]田广明.试样加工对金属材料拉伸性能的影响[J].理化检验（物理分册），2011，47（06）：365-367.

[2]耿富强，刘兵华，李美琳.试样取样与加工对美标金属材料拉伸性能的影响[J].化工装备技术，2013，34（02）：30-32.

[3]李培芬，康赫男，宾远红.拉伸速度对金属材料拉伸性能测试结果的影响[J].计量与测试技术，2013（11）：61-64.

作者简介：申志敏（1984-），女，山东阳信人，本科，助教，研究方向：材料成型及控制工程。