1、试样宽度对st12钢板力学性能的影响,检 测 中 心 胡丽鸣,前言 试验条件及方法 试验结果 分析与讨论 总结,1 前言金属材料的力学性能是指材料在外加载荷（外力或能量）作用下或载荷与环境因素（温度、介质和加载速率）联合作用下所表现的行为。无论设计新产品，还是改进老产品，都有选材和计算截面尺寸的问题。由于材料的塑性流动、流动应力等诸多方面对于钢材尺寸变得十分敏感, 表现出一系列明显的尺寸效应。目前，拉伸试验机都采用电子测试和试验数据的自动处理技术。在使用电子拉伸试验机时，正确地设置控制参数，精确地测量试样尺寸，是准确获得力学性能指标的前提。,本文用0.5mm厚的st12钢板加工成与轧制方向成0
2、o、 45o、90o方向的试样，分别检验试样的强度、应变硬化指数（n值）、塑性应变比（r值）、断后伸长率（A值），分析试样宽度对钢板力学性能的影响。,2 .试验条件及方法,2.1 试样根据GB/T228-2002标准规定加工取样，每个方向分别取三块宽度为10mm、15mm、20mm和25mm四种尺寸的试样。试样尺寸和化学成分分别见图1和表1所示。,图1 试样尺寸,表1 St12化学成分,2.2 试验条件及方法（1）用INSTRON5569电子拉伸试验机进行试验，拉伸速度在1mm处变速，第一速度控制在2mm/min,第二速度控制在25mm/min。根据GB/T5027-2007标准推荐的20%的
3、应变水平，在应变水平达到21%后取下引伸计，之后采用位移控制。,（2）塑性应变比（r值）计算：根据GB/T 5027-2007定义塑性应变比（r值）为：在单轴拉伸应力作用下，试样宽度方向真实塑性应变和厚度方向真实塑性应变比。r=b/a。由体积不变的原理得到测试指定塑性应变水平下长度和宽度变化，计算塑性应变比r值。,（3）拉伸应变硬化指数（n）值计算方法：根据GB/T 5028-2008定义拉伸应变硬化指数（n）值为：在单轴拉伸应力作用下，真实应力与真实塑性应变数学方程式中的真实塑性应变指数。真实应力与应变数学方程式中的真实应变指数可表示为:s = C * en此方程转变为对数时为：lns=ln
4、C+nlne在双对数坐标平面内的直线斜率即为拉伸应变硬化指数。,（4）断后伸长率的计算方法：根据GB/T 228-2002计算试样断后伸长率的方法为：A=(Lu-Lo)/Lo*100%（5）强度的计算方法：根据GB/228-2002标准定义强度为：试样单位横截面积所受的力，计算方法为：Rp0.2=Fp0.2/So,Rm=Fm/So,3.试验结果,表2 试验检验结果统计,上表中三个取样方向上数据的平均值如下表所示： 表3 平均值的计算结果,4. 分析与讨论,4.1.强度性能强度是单位面积所受的力，由公式Rp0.2=Fp/So，Rm=Fm/So知道，试样宽度增大，试样的横截面积增大，试样所承受的力
5、随着宽度增大的比例而增大。由于试样取自同一块0.5mm的st12钢板，在相同的试验条件下进行拉伸试验，试样的宽度的增加和减少对强度没有影响。,4.2 应变硬化指数（n值）应变硬化指数n值是指金属在整个变形过程中，当应力超过屈服强度后，在屈服力的作用下，变形不会继续，欲使其继续变形，必须增加外力。 由表2和表3可知，用同一种材料取样进行多组试验，各个方向不同宽度变化的情况下强度没有明显差别，试样的均匀塑性变形范围内的真应力-真应变基本相同。因此，当试样宽度改变时，各个方向上的n值基本不变。,4.3.塑性应变比（r值）塑性应变比r值反映了金属薄板承载受拉力或压力变形时能够抵抗变薄或变厚的能力。根据
6、表2和表3的试验数据得到如下图2关于r值随宽度的变化趋势图。,图2 不同取样方向上不同宽度的试样对r值的影响,由图2可知，试样宽度增加，r值减小；当试样宽度大于20mm，r值变化不大。st12冷轧薄板的r值与试样取样方向有关系，90o方向取样r值最大，45o方向次之，0o方向r值最小，且r值的平均值与45o取样方向最接近。当试样宽度为10mm时所测得的r值不准确。,原因：由于试验采用的引伸计的最小测量范围为10mm，当试样尺寸10mm时，在拉伸过程中，试样宽度逐渐减小，引伸计无法准确跟踪试样的横向变形量，此时测得的r值不准确。国外测试资料表明:金属材料r值的范围一般在0.53之间。当试样宽度为
7、10mm时，测得的r值小于0.3，说明试样宽度为10mm时测得的r值不准确。因此在今后的力学检验中，当涉及对r值的测量时，应该先检查横向引伸的最小测量范围，确保试样宽度大于横向引伸计的最小测量范围，这样测出来的结果才具有实际价值。,4.4.断后伸长率A值断后伸长率(A值) 是钢材力学性能中的一项重要指标，它的大小直接关系到金属材料的合格与否。由于冷成形工艺广泛用于金属材料部件的制造，因而对金属材料的断后伸长率越来越重视。表2和表3中的数据分布显示，断后伸长率A值随着试样宽度的增加而增大。试样宽度与断后伸长率关系，见图3。,图3 不同取样方向上不同宽度的试样对A值的影响,由图3可知，试样宽度增加，A值逐渐增大。原因：试样宽度增加，试样的横截面积增大，在相同试验力的作用下，试样产生变形的横截面积增大，试样可以延伸地更久，被测试样塑性变形部分的变形体积增大，因此试样的伸长率增加。,4 总结,1.取自同一块钢板的试样，试样宽度对非比例延伸强度（Rp0.2）和抗拉强度（Rm）影响不大。2.试样宽度发生变化时st12冷轧薄板的应变硬化指数（n值） 变化不大。3.试样宽度增加，塑性应变比（r值）减小，试样宽度大于20mm时r值变化不大了。r值的大小与试样取样方向有关。4.试样宽度增加，延伸率（A值）增大。,谢 谢 ！,
