專利名稱：：用于程序控制的金屬材料拉伸試驗全程位移控制法的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及材料科學測試技術中一種試驗方法，特別是一種用于程序控制的金屬材料拉伸試驗全程位移控制方法。
背景技術：
：拉伸試驗速率對金屬材料屈服強度測試有明顯影響。盡管全世界許多拉伸試驗的國家標準和國際標準都對拉伸速率做了規(guī)定，但不同實驗室即使采用了相同的拉伸速率，例如屈服前以不變的2mm/min橫梁分離速率進入屈服階段，測得的屈服強度就會有較大分散性。這是因為絕大多數(shù)實驗室沒有考慮系統(tǒng)柔度對試樣上實際變形速度的影響。如果采用基于引伸計的反饋而得到的應變速率控制方法，以消除拉伸試驗機柔度的影響，對于無明顯物理屈服的金屬材料可能是合適的，但因目前國內外仍有很多拉伸試驗機不具備應變控制功能，或因擔心引伸計刀口打滑引發(fā)控制問題，很少有人用應變控制方式完成屈服強度測試。對于有明顯物理屈服的金屬材料，是不可能用裝夾在試樣上的引伸計來控制應變速率的，因為局部的塑性變形可能發(fā)生在引伸計標距以外，可能會出現(xiàn)控制問題，這時應力應變曲線也失真了，測得的屈服強度會有偏離。如果令不同拉伸試驗機采用同一恒定的橫梁分離速率，由于它們系統(tǒng)柔度不同，雖然橫梁分離速率在屈服前后并沒有發(fā)生變化，但實際上在試樣上的變形速率卻發(fā)生了變化柔度越大，變化就越大，對屈服強度的影響也就越大。高柔度試驗系統(tǒng)拉伸速率的變化甚至會達到幾百倍，這勢必影響試驗結果的準確性。因普遍認為系統(tǒng)柔度測試過程較復雜，目前很少有人考慮系統(tǒng)柔度的影響，使不同試驗機做出的試驗結果不具備可比性。4下表是由于系統(tǒng)柔度不同，以恒定夾頭位移速率進入屈服階段時，試樣變形速度的變化。<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>注6b/ZC為試樣橫截面積與平行長度的比值；為試樣塑性變形速率；^為試樣彈性變形速率?，F(xiàn)需要一種最簡易可行且最實用的方法，來彌補目前金屬材料拉伸試驗的不足。
發(fā)明內容為了解決上述技術中存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種金屬材料拉伸試驗全程位移控制法，以利于使試樣屈服前和屈服后的實際應變速率基本保持一致，可以間接實現(xiàn)試樣上的應變速率控制，使不同試驗機做出的試驗結果真正具有可比性。用全程位移控制法克服了應變控制的不足，使試樣屈服前后保持變形速率不發(fā)生明顯變化，從而提高屈服強度測試準確度。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是提供一種用于程序控制的金屬材料拉伸試驗全程位移控制法，該控制法設定在電液伺服或電子萬能試驗機的試驗應用程序之中，該控制法包括有以下步驟①第一階段位移控制試驗開始時，試驗應用程序令試驗機移動夾頭以v。,二0.00025(Lc+CmESJ的速度向試樣伸長方向運動，直至試樣上的載荷F=F2時結束；Cm和E取缺省值；當F=FJt程序自動計算^=((F2—FJ/S。))/(t「t,)，再自動計算Cw二(vVA—Lc/E)/S。，準備將CM計算值用于第二和第三階段的公式中；②第二階段位移控制當試樣上的載荷達到F2時，試驗應用程序令拉伸速度自動由Vd轉換至V。2，進入第二階段位移控制vc2=0.00025(Lc+C、,ES0)，C;取計算值;③第三階段位移控制當載荷_位移擬合曲線斜率變化30%時，試驗應用程序令拉伸速度自動由Vc2轉換至Vc3:vc3=0.00025Lc(1+CMJF/」S)，匚取計算值；④第四階段位移控制從」F《0時開始，試驗應用程序一直令」F二0;直至屈服階段結束時，由程序自動轉換或由操作者手動轉換至V。4，直至拉伸到試樣斷裂vc4=0.0067Lc;上述式中符號v。,第i階段橫梁位移速度，mm/sLc:試樣平行長度；無面積縮減試樣為兩夾頭間距，mm6CM:當前條件下試驗系統(tǒng)柔度實測值，n/mraE:試樣彈性模量，N/mm2，黑色金屬缺省值210000S。試樣面積，mm2舍t(yī),t2時間段的應力增加速度，N/mmY'F1:由操作者設定的用于計算.纟的第一點載荷，N，或缺省值0.2R,，N，F(xiàn)2:由操作者設定的用于計算^的第二點載荷，N，或缺省值0.5Rq，Nt,:達到F,點載荷所對應的時間，st2:達到F2點載荷所對應的時間，s」S:任一時刻位移增量任一時刻載荷增量Rq:估計的屈服強度。本發(fā)明的效果是該控制法提供一種在試驗過程中自動計算系統(tǒng)柔度的數(shù)學模型，該模型簡單、可靠，是針對每一支測試樣品的系統(tǒng)柔度計算。由于考慮了系統(tǒng)柔度的影響，可使試樣屈服前后保持變形速率不發(fā)生明顯變化。整個試驗自動進行，一氣呵成，給試驗人員帶來極大方便，明顯提高工作效率和屈服強度測試準確度。適用于各種金屬材料，無論其是否有明顯物理屈服。同時適用于各種尺寸試樣，試驗前僅需為試驗程序提供試樣尺寸及估計的材料屈服強度，不必針對不同材料、不同尺寸試樣分別設定不同階段拉伸速率，就能滿足ISO6892和GB/T228等最新版本標準規(guī)定的不同階段拉伸速率要求，并且屈服階段結束之前的速率轉換平滑過渡，不會在應力-延伸曲線上引入不連續(xù)性。本發(fā)明適用于拉伸試驗機的生產、研制和技術改造。圖1是本發(fā)明劃分不同階段橫梁位移速率區(qū)間的力與時間坐標圖。具體實施方式7結合附圖及實施例對本發(fā)明的用于程序控制的金屬材料拉伸試驗全程位移控制法實現(xiàn)過程加以說明。本發(fā)明的用于程序控制的金屬材料拉伸試驗全程位移控制法，該控制法的試驗應用程序設定在電液伺服或電子萬能試驗機之中，該控制法包括有以下步驟①第一階段位移控制試驗開始時，試驗應用程序令試驗機移動夾頭以v。f0.00025(Lc+CMES)的速度向試樣伸長方向運動，直至試樣上的載荷F=F2時結束；q和E取缺省值；當F二FJ寸，程序自動計算A二((R—F)/S))/(t2—t,)，再自動計算Cw二(v。y^—Lc/E)/S。，準備將C、,計算值用于第二和第三階段的公式中；②第二階段位移控制當試樣上的載荷達到F2時，試驗應用程序令拉伸速度自動由v。,轉換至v。2，進入第二階段位移控制vc2=0.00025(Lc+CMES)，C;取計算值；③第三階段位移控制當載荷一位移擬合曲線斜率變化30%時，試驗應用程序令拉伸速度自動由v。2轉換至v。3:vc3=0.00025Lc(1+CM」F/JS)，CM取計算值;④第四階段位移控制從」F《0時開始，試驗應用程序一直令」F二0;直至屈服階段結束時，由程序自動轉換或由操作者手動轉換至v。4，直至拉伸到試樣斷裂v"=0.0067Lc;上述式中符號v。1:第i階段橫梁位移速度，mm/s8Lc:試樣平行長度；無面積縮減試樣為兩夾頭間距，mmCM:當前條件下試驗系統(tǒng)柔度實測值，n/mmE:試樣彈性模量，N/mm2，黑色金屬缺省值210000S。試樣面積，mm2A:t,t2時間段的應力增加速度，N/mm2s—1由操作者設定的用于計算^的第一點載荷，N，或缺省值0.2Rq，N，F(xiàn)2:由操作者設定的用于計算A的第二點載荷，N，或缺省值0.5Rq，Ntr.達到F,點載荷所對應的時間，st2:達到F2點載荷所對應的時間，s」S:任一時刻位移增量」F:任一時刻載荷增量Rq:估計的屈服強度。本發(fā)明的用于程序控制的金屬材料拉伸試驗全程位移控制法是通過如下步驟來達到不同階段橫梁位移速率控制而實現(xiàn)的①第一階段位移控制公式r產a^Wi^a"G￡SJ，G和f取缺省值；這個橫梁位移速率可使試樣上的應變速率比較接近0.00025mm/mms—'。該階段為圖1所示材料彈性變形的初始階段。②第二階段位移控制公式r。fft。Wi^(Z"C&人由于這時G取計算值(既實測值)，這個橫梁位移速率可使試樣上的應變速率非常接近0.00025mm/mms—、該階段為圖1所示材料彈性變形的初始階段結束至即將發(fā)生屈服的彈性變形階段。③第三階段位移控制公式W似5ZcO+GJ/yJ"，G取計算值.該階段為圖1所示材料屈服階段。當載荷一位移擬合曲線斜率變化達到一定百分比時，例如達到30%時，自動由^轉換至k。,，。由于斜率不斷變小，試樣上的應變速率會實時進行向0.00025腿/腿s—'調整，當力,二O時，試樣上的應變速率應為0.00025mm/謹s一1。這里巧妙地用載荷/位移曲線斜率^,/力5代替應變/應力曲線斜率，有兩方面考慮一是當試驗不需要安裝引伸計時，可以按該公式計算橫梁位移速率；二是如果使用引伸計，在引伸計標距外發(fā)生局部變形時，或者發(fā)生引伸計刀口打滑時，應力/應變曲線的該點斜率就不正確了，將該點斜率代入公式計算，反而并不穩(wěn)妥。觀察應力/應變曲線和載荷/位移曲線形態(tài)，它們是非常接近的，應該可以互換。況且該公式使用目的是為了實現(xiàn)彈性階段向屈服階段拉伸速率的平穩(wěn)過渡，即使有一些微小誤差也是可以接受的。④第四階段位移控制公式^=ft^^Zc，屈服階段結束時，由程序自動轉換或由操作者手動轉換至這個速率。該階段為圖1所示材料屈服階段結束直至斷裂的階段。權利要求1、一種用于程序控制的金屬材料拉伸試驗全程位移控制法，該控制法設定在電液伺服或電子萬能試驗機的試驗應用程序之中，該控制法包括有以下步驟①第一階段位移控制試驗開始時，試驗應用程序令試驗機移動夾頭以vc1＝0.00025(Lc+CMES0)的速度向試樣拉伸方向運動，直至試樣上的載荷F＝F2時結束；CM和E取缺省值；當F＝F2時，程序自動計算id="icf0001"file="A2009100704470002C1.tif"wi="81"he="5"top="88"left="94"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="yes"/>再自動計算id="icf0002"file="A2009100704470002C2.tif"wi="58"he="5"top="98"left="44"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="yes"/>準備將CM計算值用于第二和第三階段的公式中；②第二階段位移控制當試樣上的載荷達到F2時，試驗應用程序令拉伸速度自動由vc1轉換至vc2，進入第二階段位移控制vc2＝0.00025(Lc+CMES0)，CM取計算值；③第三階段位移控制當載荷-位移擬合曲線斜率變化30％時，試驗應用程序令拉伸速度自動由vc2轉換至vc3vc3＝0.00025Lc(1+CMΔF/ΔS)，CM取計算值；④第四階段位移控制從ΔF≤0時開始，試驗應用程序一直令ΔF＝0；直至屈服階段結束時，由程序自動轉換或由操作者手動轉換至vc4，直至拉伸到試樣斷裂vc4＝0.0067Lc；上述式中符號vci第i階段橫梁位移速度，mm/sLc試樣平行長度；無面積縮減試樣為兩夾頭間距，mmCM當前條件下試驗系統(tǒng)柔度實測值，n/mmE試樣彈性模量，N/mm2，黑色金屬缺省值210000S0試樣面積，mm2id="icf0003"file="A2009100704470003C1.tif"wi="7"he="5"top="56"left="27"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="yes"/>t1～t2時間段的應力增加速度，N/mm2s-1F1由操作者設定的用于計算id="icf0004"file="A2009100704470003C2.tif"wi="2"he="4"top="65"left="91"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="yes"/>的第一點載荷，N，或缺省值0.2Rq，N，F(xiàn)2由操作者設定的用于計算id="icf0005"file="A2009100704470003C3.tif"wi="2"he="4"top="75"left="91"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="yes"/>的第二點載荷，N，或缺省值0.5Rq，Nt1達到F1點載荷所對應的時間，st2達到F2點載荷所對應的時間，sΔS任一時刻位移增量ΔF任一時刻載荷增量Rq估計的屈服強度。全文摘要本發(fā)明提供一種用于程序控制的金屬材料拉伸試驗全程位移控制法，該控制法設定在電液伺服或電子萬能試驗機的試驗應用程序之中，該控制法包括有以下步驟第一階段位移控制；第二階段位移控制；第三階段位移控制；第四階段位移控制。本發(fā)明的效果是該控制法提供一種在試驗過程中自動計算系統(tǒng)柔度的數(shù)學模型，該模型簡單、可靠，是針對每一支測試樣品的系統(tǒng)柔度計算。整個試驗自動進行，給試驗人員帶來極大方便，明顯提高工作效率和屈服強度測試準確度。適用于各種金屬材料試樣不同階段拉伸速率要求，并且屈服階段結束之前的速率轉換平滑過渡，不會在應力-延伸曲線上引入不連續(xù)性。本發(fā)明適用于拉伸試驗機的生產、研制和技術改造。文檔編號G05B19/04GK101661271SQ20091007044公開日2010年3月3日申請日期2009年9月16日優(yōu)先權日2009年9月16日發(fā)明者蘇英群申請人:天津鋼管集團股份有限公司