试样加工质量对常见力学试验的影响分析
中国船舶重工集团公司第七二五研究所试验测试与计量技术研究中心 徐魁龙
力学试验作为材料测试中最常规的试验类型，在材料的研发、生产过程中必不可少。中国船舶重工集团公司第七二五研究所（洛阳船舶材料研究所）试验测试与计量技术研究中心作为权威性的第三方检测实验室，每天会收到全国各地寄送来的碳素钢、不锈钢、镍基合金、钛合金、铜合金、铝合金等各种材质、类型的测试试样，但由于试样加工制备技术和工艺的参差不齐，经常会收到一些不符合标准要求的试样。在这种情况下，经过双方交流审核后，部分需要再送到我们检测中心的试样制备加工车间进行修整，从而给正常测试流程和周期安排带来了很大的不便。
力学试验的标准对试样的类型、尺寸以及表面质量等加工都有严格要求，试样加工对最终的性能测试会有很大的影响，只有加工标准试样，在进行评价、分析时试验结果才具有可对比性。
楼主长期从事金属材料的力学性能试验，在这里简单的说一下我们经常碰到的加工质量问题以及加工对常见拉伸、冲击、弯曲、剪切等力学试验的影响。
1.拉伸试验
1.1夹持端
夹持端长度、宽度不足可能会发生试样打滑，对设备夹具甚至传感器有较大的损伤。带有螺纹的试样螺纹若太短，尤其是硬度较高的材料，试验过程中容易脱丝。
1.2过渡弧
加工过渡弧的目的是为了防止试样在尺寸上有突变，尺寸上的突变可能会使试样在受力时发生应力集中，最终导致试样断裂在尺寸突变位置。即降低强度，又无法测量伸长率。因此过渡弧加工要尽量平滑。
1.3平行段
平行段两边应平行，且尺寸均匀，否则容易断在尺寸较小的一面，影响强度测试，降低伸长率。平行段应与夹持端平行，否则试验时与设备不同轴，会降低测试的强度与伸长率。平行段长度一般不小于试样标距+试样宽度，否则无法测试试样的延伸率。
1.4试样尺寸
试样标距长度的计算公式与其截面积有关，同一批试样如果划不同的标距，延伸率会有很大的差异。同样的道理，同一批试样加工的尺寸如果差异很大，划同样的标距测试所得的延伸率与标准值对比性也会变差。相较标准试样，尺寸加工偏小延伸率也会偏小，尺寸加工偏大延伸率也会偏大。因此机加工的试样尺寸应该尽量能够满足标准要求的公差范围(比如：宽度偏差1mm，标距偏差2%以上，延伸率至少偏差1.5%)。
1.5试样表面质量
很多金属材料是非常脆的，对表面缺陷非常敏感。因此对于试样的机加工面，一定不能有与力方向垂直的横向刀痕，且光洁度要满足标准要求，这个对脆性材料的延伸率影响非常大。
2.冲击试验
2.1表面质量
除端部外，其他面要求优于5μm，一定要用磨床加工。
2.2试样尺寸
冲击是截面断裂的过程，尺寸对冲击试验的扩展功影响非常大，一定要满足标准对公差的规定。试样总长度对结果影响较小，因此标准对总长度的公差要求较低，为±0.6mm。但是若试验室使用自动送样设备，一般都需要靠端部来对中，长度误差要求较为严格，标准中规定自动送样冲击试样缺口对称面到端部距离公差应小于±0.165mm。因此使用自动送样的冲击试样，为保证试样端部的尺寸公差要求，加工冲击试样不得使用锯床、砂轮机等粗加工工具。
2.3缺口加工质量
缺口质量是决定冲击试样加工是否合格的关键。缺口的尺寸影响了冲击受力时的截面面积，影响扩展功。缺口尖端的角度、表面质量、应力状态，对起裂功都有很大的影响。
3.弯曲试验
3.1长度
长度不小于（弯曲倍数+2.5）*厚度+支辊直径+50mm。若小于此长度，试样无法弯至180°。
3.2倒角
可以进行简单的倒角。母材：厚度10mm一下，R角不超过1mm，厚度10-50mm，R角不超过1.5mm；焊缝：R角不超过0.2倍厚度，最大为3mm。
4.剪切试验
测量界面强度，加工面一定要在复合层界面处，若加工有偏斜，会导致试验时破坏未发生在界面，从而试验无效。
图1 剪切试验示意图
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作者简介：徐魁龙，中船重工725所力学试验室负责人，电话：0379-67256245。
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