铝合金规定残余延伸强度的测定及与规定塑性延伸强度的比较

郭婧;彭年秀

【摘 要】Permanent set strength and Proof strength, plastic extension strength of aluminum alloy were tested by means of uniaxial tensile test.The results show that permanent set strength and proof

strength,plastic extension are two different mechanical properties, but the difference is small.Generally,the difference ratio is within 1%,except only a few more than 1%.%通过单轴拉伸试验测定铝合金规定残余延伸强度与规定塑性延伸强度.结果表明,规定残余延伸强度与规定塑性延伸强度是两种力学性能,两个值相差的比例不大,一般来说都在±1%以内,只有极少数超过±1%. 【期刊名称】《铝加工》 【年(卷),期】2018(000)002 【总页数】4页(P61-64)

【关键词】铝合金;规定残余延伸强度;规定塑性延伸强度 【作 者】郭婧;彭年秀

【作者单位】西南铝业(集团)有限责任公司,重庆401326;西南铝业(集团)有限责任公司,重庆401326 【正文语种】中 文 【中图分类】TG146.21

0 前言

通常材料力学性能是通过测试一定的试样求得。为了得到有代表意义的、可比较性的力学性能指标即：强度和塑性，就应当通过拉伸试验获得。规定残余延伸强度与规定塑性延伸强度就是通过单轴拉伸试验而得的一种表征材料微量塑性变形的强度指标，它们对于质量控制、产品检测、方案设计、工程预算等都具有重要的意义，广泛用于桥梁、船舶、航空及重要工程上。虽然规定残余延伸强度与规定塑性延伸强度都是表示材料微量塑性变形的能力，但是它们是在不同力学状态下测定的，因此，在测定规定残余延伸强度时用测定规定塑性延伸强度来代替是不恰当的。规定残余延伸强度是指试样卸除拉伸力后，其标距部分的残余伸长达到规定原始标距百分比时的应力；规定塑性延伸强度是试样在拉伸作用下其标距部分的伸长达到规定原始标距百分比时的应力，前者是卸除拉伸力后测定的，后者是在受拉伸力作用下测定。为了能更清楚两者之间的差距，本文对规定残余延伸强度的测定进行了初步探讨，为以后的研究工作提供帮助。 1 试样制备和试验条件 1.1 试样制备

由于条件限制，本文所采用的材料为LF6铝合金试样，试样规格、工作部分长度及标距见表1，其尺寸和精度符合GB/T 16865-2013。

表1 试样制备试样规格/mm 试样工作部分长度/mm 试样标距/mm φ9 φ6 φ4 b3.0×a12.5 54 36 24 57 45 30 20 50 1.2 试验条件

力学性能拉伸试验方法采用国标GB/T 228.1-2010，在AG-100KNE电子拉力机上进行，引伸计采用SG25-50型，经校准后符合标准。规定残余延伸强度与规定塑性延伸强度均采用塑性变形的0.2%进行测试，测定规定残余延伸强度时采用卸

力法，拉伸速度为0.1mm/min，测定规定塑性延伸强度时采用图解法，拉伸速度为3mm/min。 2 试验过程

2.1 规定残余延伸强度的测定 2.1.1 测定方法

规定残余延伸强度的测定采用卸力法。即：对试样施加约相当于预期规定残余延伸强度10%的力F0，装上引伸计；继续施力至2F0后再卸力至F0，记下引伸计读数作为条件零点。从F0起第一次施力至使试样在引伸计标距内产生的总伸长为n⋅Lεr⋅ε+(1～2)分格 （式中第一项为规定残余伸长，第二项为弹性伸长）。在引伸计上读出首次卸载至F0的残余伸长。以后每次施力应使试样产生的总伸长为：前一次总伸长加上规定残余伸长与该次残余伸长（卸至F0）之差，再加上1～2分格的弹性伸长增量。试验直至实测的残余伸长等于或稍大于规定残余伸长值为止。如果掌握被实验金属材料所测规定残余延伸强度所对应的总伸长大致范围，则可使第一次施力的总伸长接近预计算，以便迅速求得Fr。

用内插法算出相应于规定残余伸长力Fr的精确值，规定残余延伸强度按下列公式计算：

式中：Rr为残余延伸强度；Fr为残余伸长力；S0为横截面积。 2.1.2 强度的测定

以直径d=9mm的铝合金LF6为例：预期规定残余延伸强度Rr0.2=290MPa。相当于此应力值10%的预拉力为：F0=10%⋅Rr0.2⋅S0=0.1×290×63.6=1844N化整后取用1800N。此时引伸计的移位量作为条件零点。

引伸计所使用的标距为50mm，则测定规定残余延伸强度Rr0.2所要求的伸长为：50×0.2%=0.1mm。

第一次施力至2F0后卸力至F0，引伸计的位移量为0.013mm，则作为该引伸计的条件零点，从F0起第二次施力至使试样处于引伸计标距内产生的总伸长（相当于引伸计上的位移量）为0.1+0.01=0.11mm，由于条件零点为0.013mm，故总计为0.123mm，第二次卸力至F0，引伸计上位移量为0.057mm，即残余伸长为0.066mm。

第三次施力至引伸计达到读数为：在上次读数0.123mm的基础上，加上规定残余伸长0.1mm与已得残余伸长0.066mm之差，再加上0.01mm：即0.123+（0.1-0.066）+0.01=0.167mm。第三次卸力至F0得到0.093mm的残余伸长，所以第四次施力使引伸计达到的读数为：0.167+（0.1-0.093）+0.01=0.184mm。 试验直至试样的残余伸长达到或稍微超过0.1mm为止。实验结果见表2。 由表2查出残余伸长读数最接近0.1mm的力值读书为：19450N。用内插法可求得更精确的

式中：Fr0.2为残值伸长力；ΔF为相邻力差。

表2 用卸力法测得的不同塑性变形条件下对应的力值力/N 施力读数 卸力读数 残余伸长位移量/mm 1800 12667 13342 19450 20105 0.013 0.123 0.167 0.184 0.197--0.057 0.074 0.087 0.092 0.066 0.093 0.097 0.105

以卸力法测定不同规格下（φ9mm、φ6mm、φ4mm、b3.0+a12.5）试样的规定残余延伸强度Rr0.2，见表3。

表3 不同规格试样的规定残余延伸强度Rr0.2注：每种规格试样的强度值均为5根试样的算术平均值。规定残余延伸强度Rr0.2/MPa 309.5 316.4 305.7 307.4试样规格/mm φ9 φ6 φ4 b3.0+a12.5 2.2 规定塑性延伸强度的测定

2.2.1 测定方法

用自动记录方法绘制力-伸长曲线图，在曲线图上，自弹性直线段与伸长轴交点O起，截取一相应于规定塑性延伸长度的OC段（OC=n⋅Le⋅εp），过C点作一条与曲线的弹性直线段相平行的直线，此直线与曲线交截点为所求规定塑性延伸强度的力（见图1）。规定塑性延伸强度按公式计算。 图1 力-伸长曲线图

注：力轴每毫米所代表的力一般应不大于10N，曲线的高度应使FP处于力轴量程的二分之一以上，伸长放大倍数的选择应使图1中的OC段的长度不小于5mm。 2.2.2 强度的测定

用图解法测定不同规格试样的规定塑性延伸强度Rr0.2，见表4。

表4 不同规格试样的规定塑性延伸强度Rp0.2注：每种规格试样的强度值均为5根试样的算术平均值。规定塑性延伸强度Rp0.2/MPa 306.2 314.7 303.8 305.2试样规格/mm φ9 φ6 φ4 b3.0+a12.5 3 试验结果与分析

通过对规定残余延伸强度和规定塑性延伸强度的测定，可以看出不同的测定方式有不同的测验结果。为了能进一步了解两者之间的差异，作了进一步的实验。 在测定规定残余延伸强度时，不同的力的保持情况下有不同的结果。

测定规定残余延伸强度时不施以任何力的保持时间情况下，试样的规定残余延伸强度和规定塑性延伸强度的实验结果见表5。

表5 不施以任何力的保持时间下两者的比较注：每种规格试样的强度值均为5根试样的算术平均值。试样规格/mm φ9 φ6 φ4 b3.0+a12.5差值

/%+1.08+0.54+0.63+0.72规定残余延伸强度Rr0.2/MPa 309.5 316.4 305.7 307.4规定塑性延伸强度Rp0.2/MPa 306.2 314.7 303.8 305.2

当测定规定残余延伸强度时施以力的保持时间（12s）时，试样的规定残余延伸强

度和规定塑性延伸强度的试验结果见表6。

表6 施以力的保持时间下两者的比较注：每种规格试样的强度值均为5根试样的算术平均值。试样规格/mm φ9 φ6 φ4 b3.0+a12.5差值/%-0.27-0.80-0.70-0.56规定残余延伸强度Rr0.2/MPa 305.4 312.2 301.7 303.5规定塑性延伸强度Rp0.2/MPa 306.2 314.7 303.8 305.2

从表5、表6可以看出，规定残余延伸强度和规定塑性延伸强度在实验结果上是非常接近的，它们之间的差距大约在±1%左右。

从上述实验结果分析：在不同的力保持情况下，规定残余延伸强度和规定塑性延伸强度的相对误差有所不同，因此在测定规定残余延伸强度时应对之加以说明。 综上所述，应把规定残余延伸强度和规定塑性延伸强度分为两种力学性能看待。造成两者之间的差别的原因是由于它们在不同的力学状态下测定的，测定规定残余延伸强度时是在卸除拉伸力之后测定的。当进入塑性变形范围（尽管很小），其卸载线并不与拉伸曲线表观弹性直线段相平行，而是卸载线向原点方向微弯所造成的（见图2）。 图2 卸载线 4 结论

（1）从对规定残余延伸强度和规定塑性延伸强度不同的测定方式看：不能笼统地认为规定残余延伸强度和规定塑性延伸强度是相同的性能，应把它们当做两种性能看待。

（2）当测定规定残余延伸强度时不施以任何力的保持时间情况下，材料的规定残余延伸强度大于规定塑性延伸强度；当测定规定残余延伸强度时施以力的保持时间（12s）时，材料的规定残余延伸强度小于规定塑性延伸强度。

（3）规定残余延伸强度与规定塑性延伸强度相差的比例都不大，一般来说都在±1%以内，只有极少数超过±1%。

（4）规定残余延伸强度和规定塑性延伸强度都是表征金属材料微量塑性变形的指标，如果没有明确的规定，都可以采用，但它们的特殊性决定了某些材料在特殊使用情况下（航空、承受反复拉、压力条件下等）对残余延伸强度有特殊要求的应当测定材料的规定残余延伸强度。

基于以上因素，我们在进行试验、分析的过程中一定要分清各种材料的要求和标准，明确它们的实验条件，以便采取相应的实验方法。