数控加工金属材料力学性能必要的指标

拉伸试验是一种简单的机械性能试验。在测试规内，应力均匀，应力应变及其性能指标的测量稳定可靠，理论计算方便。通过拉伸试验，可以测定材料在弹性变形、塑性变形和断裂过程中最基本的力学性能，如正弹性模量E、屈服强度σ0.2、屈服点σs、抗拉强度σb、断后伸长率δ和面积收缩率ψ等。拉伸试验中获得的力学性能，如E，σ0.2，σs，σb，δ，ψ等。，是材料固有的基本性能，是工程设计的主要依据。

拉伸试验是金属力学性能试验中最常见的试验，同一种材料通过不同的拉伸试验过程得到的测量结果不一定相同。拉伸试验受哪些因素影响？

1.取样位置和方法

由于成分、组织、组织、缺陷、加工变形分布不均匀，同一批甚至同一产品的不同部位都不一样。因此，在取样时，应严格遵守附录GB/T-228中的规定。

2.测试设备

设备直接影响结果数据的准确性和真实性，所以在实验过程中要保证试验机在检定有效期内。如图，是WDW-50万能试验机，设备定期检查送检。

3.测试环境的影响

测试环境主要包括环境温度、夹紧装置选择的影响等。

球形支撑卡盘

4.测试方法的选择

测试方法主要包括夹紧方法、拉伸率、拉伸截面积和图案尺寸的测量方法。选择测量图样尺寸时，宜选择外径千分尺、游标卡尺或矩形试样游标卡尺。

此外，由于主观因素和操作技能的差异，也会给测量结果带来误差。所以检测人员要经过严格的培训，按照GB/T 228标准进行检测。

5.一些基本问题

对于大多数金属材料，在弹性变形区，应力和应变成正比。当应力或应变继续增加时，在某一点上，应变将不再与施加的应力成比例。

此时，与相邻初始原子的键开始断裂，并由一组新的原子重新形成。当这种情况发生时，应力消除后，材料不会恢复到原来的状态，即变形是永久的，不可逆的。此时，材料进入塑性变形区(图1)。

实际上，很难确定材料从弹性区变为塑性区的确切位置。如图2所示，绘制应变为0.002的平行线。应力-应变曲线被这条线截断，屈服应力确定为屈服强度。屈服强度等于发生明显塑性变形时的应力。大多数材料是不均匀的，它们不是完美的理想材料。材料的屈服是一个过程，通常伴随着加工硬化，所以不是一个具体的点。

对于大多数金属材料，应力-应变曲线看起来类似于图3所示的曲线。当加载开始时，应力从零开始增加，应变线性增加。直到材料屈服，曲线才开始偏离线性。

继续增加应力，曲线达到最大值。最大值对应的是抗拉强度，即曲线的最大应力值，图中用M表示。断裂点是材料最终断裂的点，在图中用F表示。

典型的应力-应变测试装置和试样的几何形状如图4所示。拉伸试验时，缓慢拉伸试样，记录长度和施加力的变化，记录力-位移曲线。利用试样的原始长度、标距长度和截面积等信息，可以绘制应力-应变曲线。

对于能发生拉伸塑性变形的材料，常用的曲线有两种:工程应力-工程应变曲线和真应力-真应变曲线。两者的区别在于计算应力所用的面积不同。前者使用样本的初始面积，后者使用拉伸过程中的实时横截面面积。因此，在应力-应变曲线上，真实应力一般高于工程应力。

常见的拉伸曲线有两种:一是有明显屈服点的拉伸曲线；第二，拉伸曲线没有明显的屈服点。屈服点代表金属对初始塑性变形的抵抗力。这是工程技术中最重要的力学性能指标之一。

工程实践中如何定义金属的塑性变形？

残余塑性变形是重要的基础。通常把工程金属对应一定量的残余塑性变形的抗力人为地作为屈服强度，也叫条件屈服强度。即如果没有明显的塑性屈服点，就没有明显的屈服强度。想知道实际的金属屈服强度，需要一个判断条件，于是就有了条件屈服强度。

对于不同的金属构件，对应于条件屈服强度的残余变形是不同的。对于一些苛刻的金属构件，残余变形要小一些，而普通金属构件在条件下屈服时对应的残余变形要大一些。常用的残余变形有0.01%、0.05%、0.1%、0.2%、0.5%和1.0%等。

金属的屈服是位错运动的结果，所以金属的屈服由位错运动的阻力决定。对于纯金属，包括晶格抗力、位错相互作用抗力和位错与其他缺陷或结构的相互作用抗力。

拉伸曲线上直线段对应的面积，也就是弹性部分，就是弹性能。从弹性变形开始到断裂的过程中，试样吸收的总能量称为断裂功，金属在断裂前吸收的能量称为断裂韧性。

实际上，金属的机械性能通常在拉伸过程中发生变化，最突出的现象是加工硬化。金属的加工硬化有助于避免实际工程构件在过载情况下突然断裂，造成灾难性后果。

金属的塑性变形和变形硬化是确保金属均匀塑性变形的先决条件。也就是说，在多晶金属中，发生塑性变形的地方被强化，然后塑性变形被抑制，使变形转移到其他更容易的地方。

从实际拉伸曲线来看，大多数金属在室温下屈服后，在屈服应力的作用下，变形不会继续，必须增加阻力才能继续变形。在真应力-真应变曲线上，流动应力不断上升，出现加工硬化现象。这种曲线称为加工硬化曲线。

硬化指数N是一个重要的塑性指数，代表材料抵抗进一步变形的能力。

最后说说应变率。通常，被测金属材料的拉伸曲线是在较低应变速率下测试得到的。只有一些特殊的金属构件才需要在较高的应变速率下测试其力学性能，也就是高速变形的构件。在正常室温下，应变速率拉伸时，材料变形主要是位错滑移或孪晶。