关于影响钢筋室温拉伸试验结果因素的探讨

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【摘 要】根据GB/T228.1-2010《金属材料拉伸试验第一部分：室温试验方法》，在标准规定拉伸速率试验范围内，设定不同拉伸速度，得到相应的强度试验结果，根据试验结果，分析影响钢筋室温拉伸试验结果因素，找出影响拉伸试验结果的主要原因，并结合本人多年从事钢筋检验的经验，提出如何获取准确检验结果的几点建议。

【关键词】钢筋；拉伸试验；试验速率；控制

0.前言

对金属材料的力学性能分析，是通过力学性能试验进行的，从理论上来说是要确定组织结构、材料成分与材料的性能之间的关系，从实践上来说，是在不同的复杂受构件的变形过程中的材料行为[1]。进行构件的设计的主要考虑项目之一便是材料的性能。

拉伸试验是对材料在静载、轴向下的强度和变形进行测定的一种试验，也是工业上最普遍使用的一种最基本力学性能试验，它能够测定金属材料的强度、弹性、硬化指数、塑性以及韧性等许多重要指标。拉伸试验已经成为检验材质的一个重要判据。

本文选用的的材料是φ50mm的50CrV圆钢，经过调质工艺后，从一根棒料上截取25段，并将25段分成四组，每组有5根，统一在棒料的1/2R取φ10mm 作为力学性能的抗拉试样。其中试验选取WAW-1000型微机控制电液伺服万能试验机的各种数据现象进行记录分析。

另外，将5组材料分别设定应力速度25～30MPa・S-1；35～40MPa・S-1；45～50MPa・S-1；55～60MPa・S-1；65～-70MPa・S-1，以观察应力速度对屈服强度和抗拉强度的的影响。

1.试验结果的分析

1.1平均应力速率的公式推导

式中，Δt是达到负荷增加量所需的时间；ΔF是载荷增加量；FS是屈服点负荷；Fo是起始负荷；So是试样原始横截面积。

1.2屈服强度的计算公式

金属材料相同时，它的屈服强度与抗拉强度基本是相对固定的，所以根据式（2），试验时可以对加载时间Δt进行控制，达到控制应力速率σ的目的。为了每一组的应力速率都在要求的范围之内，首先要对试样进行试拉，并对载荷从零升到FS 所需要的时间记录下来。

1.3试验数据

在本试验中，将试拉试样的平均应力速率σ 和达到负荷增加量所需要的时间Δt 的数据作为参考，从而控制从试验机微机直接读出屈服点负荷FS 达到负荷增加量所需时间Δt，然后根据应力速率的公式求出[2]。其中，应力速率应该保留两位小数，而抗拉强度和屈服强度的数值应该保留一位小数，所得的试验数据如下表1所示。

2.拉伸速度影响屈服强度和抗拉强度的原因

金属材料的实质是按照一定结构的金属晶粒的堆积，在力学拉伸试验中，试样的屈服过程为，首先局部晶粒结构薄弱的区域，由塑性变形滑移带的产生。这一滑移带会在某一应力作用下，扩展到整个试样。

加载速度的过快，会导致外力方向的晶面转动不充分，而滑移则会在试样的伸长扩展中受到阻碍，这种情况，宏观表现为起始塑性变形抗力得到了提高。 拉伸试验中，当试验机的外力或者负荷作用到试样上之后，会使得试样的内部产生抗力，也就是应力[3]。应力会使得金属材料发生变形、断裂或者屈服。金属材料的应力便会使得金属晶体发生滑移，最终导致金属发生塑性变形，其中它的变形量和试样原始截面积的比值称为“应变”。

拉伸速度过快，会使得负荷速率增大，在这种影响之下，金属材料的应力速率和应变速率也会有所增大，最终造成了抗拉强度与屈服强度的提高，进而对测试数据的准确性造成影响。

3.拉伸速度的选择

根据材料力学理论，当外加载荷作用到试样上时，金属的内部会产生应力。这说明，材料内部受到的应力是源于外力作用的，其中拉伸速度的大小能够对应力速度与应力速率的大小造成影响。所以，要对应力的速度进行控制，可以通过对拉伸速度进行控制来实施。

国家标准GB/T228-2010.1《金属材料 拉伸实验第一部分：室温试验方法》中对实验速率的控制有两种方法，即10.3应变速率控制（方法A）和应变速率控制的试验速率（方法B）。使用方法B控制速率时规定：在弹性范围和直至上屈服强度，试验机夹头的分离速率应尽可能保持恒定并在规定的应力速率6MPa・S-1～60 MPa・S-1的范围内；采用方法A控制速率时规定：测定下屈服强度时，在试样平行长度的屈服期间应变速率应在0.00025 S-1～0.002 S-1之间。任何情况下，弹性范围内的应力速率不得超过规定的最大速率”[4]。

所以，当拉伸速度超过材料的塑性应变时，材料内部的位错运动和硬化回复则会不完全，并使得屈服点上升。拉伸速度如何选择也就是说控制在什么范围，是通过平均应力速率公式将负荷速率推导出来，并对其加以控制，然后实现对拉伸试验应变速率的控制，使的试验条件能够达到国家标准的要求。

4.结论

（1）在金属室温拉伸试验中，当拉伸速度不断增大时，抗拉强度也大致呈现增长趋势，但增长了一定阶段之后，抗拉强度的增大的幅度会趋于缓慢。

（2）受到金属的位错滑移等原因的影响，当拉伸速度不同时，试样的强度也就会发生变化，其中屈服强度会有比较大的差别，而只有当拉伸速度在国家标准规定范围之内时，屈服强度才拥有可比性[5]。

（3）在试验中能够采用对负荷速率进行直接控制的方法，并应用公式法，将试样的规格代入到公式中去，从而将负荷速率计算出来。

【参考文献】

[1]崔忠圻等.金属学与热处理原理[M].工业大学出版社，2004.

[2]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4t/i-）47（12），2011：774-781.

[3]国家机统编械工业委员会统编《金属机械性能》[M].机械工业出版社，1988.

[4]《GB/T228-2010金属材料 第一部分拉伸试验.室温试验方法》[S].

[5]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.