万能材料试验机屈服点误差问题的解决方法

  仪器信息网 ·  2012-11-21 08:56  ·  59868 次点击
万能材料试验机屈服点误差问题的解决方法
海达仪器076989280808/4000711808
由于材料种类繁多,性能差异很大,弹性阶段与塑性阶段的过渡情况很复杂,屈服点与非比例应力是最常用的指标。虽然屈服点与非比例应力同是反应材料弹性阶段与塑性阶段“转折点”的指标,但它们反应了不同过渡阶段特性的材料的特点,因此它们的定义不同,求取方法不同,所需设备也不完全相同。因此海达仪器在这里将分别对这两个指标进行分析。
从上面的描述,可以看出准确求取屈服点在材料力学性能试验中是非常重要的,在许多的时候,它的重要性甚至大于材料的极限强度值(极限强度是所有材料力学性能必需求取的指标之一),然而非常准确的求取它,在许多的时候又是一件不太容易的事。应用万能材料试验机测试时,它受到许多因素的制约,归纳起来有:
1.夹具的影响;
2.试验机测控环节的影响;
3.结果处理软件的影响;
4.试验人员理论水平的影响等。
这其中的每一种影响都包含了不同的方面。下面逐一进行分析:
一、夹具的影响
这类影响在试验中发生的机率较高,主要表现为试样夹持部分打滑或试验机某些力值传递环节间存在较大的间隙等因素,它在旧机器上出现的概率较大。由于机器在使用一段时间后,各相对运动部件间会产生磨损现象,使得摩擦系数明显降低,最直观的表现为夹块的鳞状尖峰被磨平,摩擦力大幅度的减小。当试样受力逐渐增大达到最大静摩擦力时,试样就会打滑,从而产生虚假屈服现象。如果以前使用该试验机所作试验屈服值正常,而现在所作试验屈服值明显偏低,且在某些较硬或者较脆的材料试验时现象尤为明显,则一般应首先考虑是这一原因。这时需及时进行设备的大修,消除间隙,更换夹块。
二、试验机测控环节的影响
试验机测控环节是整个试验机的核心,随着技术的发展,目前这一环节基本上采用了各种电子电路实现自动测控。由于自动测控知识的深奥,结构的复杂,原理的不透明,一旦在产品的设计中考虑不周,就会对结果产生严重的影响,并且难以分析其原因。
三、结果处理软件的影响
目前生产的试验机绝大部分都配备了不同类型的计算机(如PC机,单片机等)),以完成标准或用户定义的各类数据测试。与过去广泛采用的图解法相比有了非常大的进步。但仍然存在下面问题:
1、判断条件的各自设定
就屈服点而言(以金属拉伸GB/T228-2002为例)标准是这样定义的:
“屈服强度:当金属材料呈现屈服现象时,在试验期间达到塑性变形发生而力不增加的应力点,应区分上屈服强度和下屈服强度。
上屈服强度:试样发生屈服而力首次下降前的最高应力。
下屈服强度:在屈服期间,不计初始瞬时效应时的最低应力。”
这个定义在过去使用图解法时一般没有什么疑问,但在今天使用计算机处理数据时就产生了问题。
*屈服强度的疑问:如何理解“塑性变形发生而力不增加(保持恒定)”?由于各种干扰源的存在,即使材料在屈服阶段真的力值保持绝对恒定(这是不可能的),计算机所采集的数据也不会绝对保持恒定,这就需要给出一个允许的数据波动范围,由于国标未作定义,所以各个试验机生产厂家只好自行定义。由于条件的不统一,所求结果自然也就有所差异。
*上下屈服强度的疑问:若材料出现上下屈服点,则必然出现力值的上下波动,但这个波动的幅度是多少呢?国标未作解释,若取的太小,可能将干扰误求为上下屈服点,若取得太大,则可能将部分上下屈服点丢失。目前为了解决这一难题,各厂家都想了许多的办法,如按材料进行分类定义“误差带”及“波动幅度”,这可以解决大部分的使用问题。但对不常见的材料及新材料的研究依然不能解决问题。为此部分厂家将“误差带”及“波动幅度”设计为用户自定义参数,这从理论上解决了问题,但对使用者却提出了极高的要求。
2、对下屈服点定义中“不计初始瞬时效应”的误解什么叫“初始瞬时效应”?它是如何产生,是否所有的试验都存在?这些问题国标都未作解释。所以在求取下屈服强度时绝大多数的情况都是丢掉了第一个“下峰点”的。笔者经过多方查阅资料,了解到“初始瞬时效应”是早期生产的通过摆锤测力的试验机所特有的一种现象,其原因是“惯性”作用的影响。既然不是所有的试验机都存在初始瞬时的效应,所以在求取结果时就不能一律丢掉第一个下峰点。但事实上,大部分的厂家的试验机处理程序都是丢掉了第一个下峰点的。
四、试验人员的影响
在试验设备已确定的情况下,试验结果的优劣就完全取决于试验人员的综合素质。目前我国材料试验机的操作人员综合素质普遍不高,专业知识与理论水平普遍较为欠缺,再加上新概念、新名词的不断出现,使他们很难适应材料试验的需求。在材料屈服强度的求取上常出现如下的问题:
1、将非比例应力与屈服混为一谈
虽然非比例应力与屈服都是反应材料弹性阶段与塑性阶段的过渡状态的指标,但两者有着本质的不同。屈服是材料固有的性能,而非比例应力是通过人为规定的条件计算的结果,当材料存在屈服点时是无需求取非比例应力的,只有材料没有明显的屈服点时才求取非比例应力。部分试验人员对此理解不深,以为屈服点、上屈服、下屈服、非比例应力对每一个试验都存在,而且需全部求取。
2、将具有不连续屈服的趋势当作具有屈服点
国标对屈服的定义指出,当变形继续发生,而力保持不变或有波动时叫做屈服。但在某些材料中会发生这样一种现象,虽然变形继续发生,力值也继续增大,但力值的增大幅度却发生了由大到小再到大的过程。从曲线上看,有点象产生屈服的趋势,并不符合屈服时力值恒定的定义。正如在第三类影响中提到的,由于对“力值恒定”的条件没有定量指标规定,这时经常会产生这一现象是否是屈服,屈服值如何求取等问题的争论。
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