金属材料断后伸长率影响因素的试验研究
陈佳雯
（宝钢工业检测公司宝山分公司，上海 200431）
摘 要 随着汽车越来越成为日常生活中不可或缺的一部分，汽车外板质量是驾车安全系数的首要保证。室温单向静拉伸试验可以揭示金属材料在室温环境中静载荷作用下常见的力学行为，其中断后伸长率作为金属材料的最基本力学性能指标之一，对汽车板在实际生产和加工过程中提供评定依据。在Zwick Z050全自动拉伸试验机上研究了常用汽车板室温拉伸性能，总结得出影响其断后伸长率的因素有三：一是拉伸试样平行长度；二是拉伸试验试样断裂点判定参数设置；三是拉伸试样原始标距的选择。
关键词 断后伸长率 金属材料 拉伸试验
Factors of Metallic Materials’ Percentage
Elongation after Fracture
Chen Jiawen
(Baosteel Industry Inspection Corp., Baoshan Branch, Shanghai,200431)
Abstract As the car is increasingly becoming an integral part of daily life, automobile outer panel quality is the primary driving factor of safety assurance. One-way static tensile test at room temperature to reveal metallic materials at room temperature under static loading in the mechanical behavior of the common, including rear extension rate as the metal one of the most basic mechanical properties of automotive sheet in the actual process of production and processing provide assessment basis. In the Zwick Z050 tensile testing machine automatic study room temperature tensile properties used car board, summed up the rear of the elongation obtained the factors are threefold: First, the parallel part of the length of the tensile samples. Second, point of tensile test specimen fracture determine the parameters. Third, the original tensile specimen gauge.
Key words percentage elongation after fracture, metallic materials, tensile testing choice
1 引言
近年来，随着居民生活水平的不断提高，汽车已然成为日常出行最常用的代步工具之一，百姓生活中不可或缺的一部分。“减重、安全0、环保”的汽车轻量化设计理念加速了薄型金属材料在汽车制造业的应用，超薄汽车外板的质量成为驾车安全系数的首要保证。目前，国内汽车制造商通常是根据汽车用板的力学性能指标评定其质量等级，再选择相适应的加工成型方法，例如冲压、深冲等。
室温单向静拉伸试验可以揭示金属材料在室温环境中静载荷作用下常见的力学行为，其中断后伸长率作陈佳雯，女，工科学士，[email protected]
第八届（2011）中国钢铁年会论文集
为金属材料的最基本力学性能指标之一，反映金属材料断裂前发生不可逆永久形变的能力[1]。若检测的汽车用板断后伸长率出现虚值现象，则将直接影响对其质量等级评定，严重时可能造成加工开裂等后果，汽车制造质量存在不安全因素。
本文针对金属材料断后伸长率的影响因素进行了一系列试验研究，分析并总结得出影响金属材料断后伸长率的因素主要有三：一是拉伸试样平行长度；二是拉伸试验试样断裂点判定参数设置；三是拉伸试样原始标距的选择。另外，综合考虑人为误差、测量设备精度以及试验环境等因素，人工测量金属材料断后伸长率也是产生虚值现象的原因之一。
2 试验条件
依据GB/T 2975—1998[2]《钢及钢产品力学性能试验取样位置及试样制备》中规定，在一块450mm×1200mm钢板宽度1/4处相邻剪取300mm×30mm横向拉伸样坯两件，并使用全自动加工设备将拉伸样坯制备成标准板型拉伸试样，试样制备尺寸如图1所示，完全符合GB/T 228-2002[3]《金属材料室温拉伸试验方法》附录中的相关规定。
（a） （b）
图1 板型拉伸样坯取样位置及试样制备尺寸示意图
W——产品的宽度。此次试验中规定，钢板的宽度W=1200mm；
a——产品的厚度。此次试验中规定，钢板的厚度a
b——试样平行长度的宽度。此次试验中规定，拉伸试样平行长度的宽度b=25mm；
S0——原始横截面积。此次试验中规定，板型拉伸试样原始横截面积S0=a×b；
L0——原始标距。此次试验中选用，非比例拉伸试样定标距L0=50mm或者比例拉伸试样；
LC——平行长度。此次试验中规定，拉伸试样平行长度LC=60mm或者80mm；
Lt—试样总长度。此次试验中规定，拉伸试样总长度Lt=300mm。
选用Zwick Z050全自动静态拉伸试验机研究汽车用板室温静态拉伸力学性能指标，依据GB/T 228—2002[3]《金属材料室温拉伸试验方法》中规定设置试验速率：弹性模量段试验速率为1mm/min，屈服段试验速率为3mm/min，塑性段试验速率为24mm/min。Zwick Z050全自动静态拉伸试验机纵向引伸计采用全试验跟踪采集检测数据，即待测拉伸试样完全断裂后方才自动松开纵向引伸计，故能精确得到待测拉伸试样断后伸长率。
3 试验方法
在一块450mm×1200mm试验用汽车用板上宽度1/4处相邻位置剪取横向拉伸样坯两件，分别加工成试样总长度Lt=300mm，试样平行长度的宽度b=25mm，过渡弧半径r=20mm，试样平行长度LC=60mm和试样总长度Lt=300mm，试样平行长度的宽度b=25mm，过渡弧半径r=20mm，试样平行长度LC=80mm的标准板型拉伸试样。使用标准划线机在板型拉伸试样上标记定标距L0=50mm（每小格为10mm），超薄板型拉伸试样建议选用划线笔标记原始标距，以免对拉伸试样造成机械划伤影响检测数据准确性。
用Zwick Z050全自动静态拉伸试验机检测平行长度不同的横向拉伸试样，试验时保持试验速率一致，对应输入平行长度数值，研究金属材料拉伸试样制备尺寸对其断后伸长率的影响；再用INSTRON 5582静态拉伸试验机配套AVE高级视频引伸计检测平行长度不同的横向拉伸试样，试验时保持与Zwick Z050全自动静态拉伸试验机试验速率一致，对应输入平行长度数值，研究拉伸试验机自动判定拉伸试样断裂点的参数
电 磁 冶 金 设置对金属材料断后伸长率的影响。待全自动静态拉伸试验机检测完毕后，使用通过计量的游标卡尺人工测量完全断裂的拉伸试样断后伸长率，研究板型拉伸试样原始标距的选择对金属材料断后伸长率的影响以及人工测量与自动测量金属材料断后伸长率数据之间的差异。
金属材料断后伸长率A(%)的计算公式(1)为：
A(%)=Lu−L0×100% （1） L0
式中, Lu为断后标距；Lu−L0为断后标距的残余伸长。
4 试验结果
在Zwick Z050全自动静态拉伸试验机上研究金属材料拉伸试样制备尺寸对其断后伸长率的影响，保持试验条件完全一致，仅改变汽车用板板型拉伸试样平行长度，通过比对检测数据分析可得：拉伸试样平行长度越长其断后伸长率越高，而对测得屈服强度及抗拉强度基本无影响。
三种常用牌号汽车用板板型拉伸试样平行长度不同试验比对检测数据见表1、表2。
表1 平行长度LC=80mm的标准板型拉伸试样自动检测力学性能指标 钢种
BLD 屈服强度/MPa 164 抗拉强度/MPa 300
断后伸长率/% 53 56 58 表2 平行长度LC=60mm的标准板型拉伸试样自动检测力学性能指标 钢种
BLD 屈服强度/MPa 159 抗拉强度/MPa 300
断后伸长率/% 50 52 54 Zwick Z050全自动静态拉伸试验机属欧系拉伸试验机，试验用软件依据ISO国际标准编写，其中拉伸试样断裂点判定参数设置为：力衰减到试验最大力的90%时即为断裂，试验数据采集自动停止；而INSTRON 5582静态拉伸试验机配套AVE高级视频引伸计属美系拉伸试验机，试验用软件依据ASTM美国标准编写，规定当力衰减到试验最大力的40%时自动判定拉伸断裂。理论断裂点位置如图2所示。虽然同为全试验跟踪采集检测数据，但由于拉伸试验机试验用软件的不同，直接导致美系全自动拉伸试验机检测所得金属材料断后伸长率略高于欧系全自动拉伸试验机。
图2 拉伸试样理论断裂点判定位置示意图
人工测量金属材料断后伸长率的不确定度应大于拉伸试验机自动测量断后伸长率的不确定度，因为人工测量需考虑人为误差因素、游标卡尺测量精度因素、环境因素等。板型拉伸比例试样是指根据公式（2）用板型拉伸试样矩形截面积求出原始标距L0后计算得到断后伸长率，而全自动拉伸试验机只能检测定标距非
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比例拉伸试样，例如原始标距L0=50mm。因此，只能采用人工测量的方法近似得到拉伸比例试样的断后伸长率。
L0=15mm （2）
对于厚度a
表2中三种常用牌号汽车用板板型拉伸试样人工测量断后伸长率试验比对检测数据见表3、表4。
表3 标准板型比例拉伸试样人工测量力学性能指标 钢 种
BLD 断后伸长率/ % 48
表4 标准板型非比例拉伸试样(L0=50mm)人工测量力学性能指标
钢种
BLD 断后伸长率/ % 54
试验结果表明：同一超薄汽车用板(a5 结论
通过试验研究发现，选用全自动静态拉伸试验机检测金属材料力学性能指标，造成其断后伸长率变化的关键因素是拉伸试样平行长度，而拉伸试验机试验用软件中对试样断裂点判定参数的设置和拉伸试样原始标距的选择也是影响金属材料断后伸长率的因素之一。另外，综合考虑人为误差、测量设备精度以及试验环境等因素，人工测量金属材料断后伸长率也是产生虚值现象的原因之一。
目前，国际上尚未对各种拉伸试验方法检测得到不同断后伸长率这一问题做出系统规定，通常需要参考产品标准选择相适应的拉伸试样进行试验。为确保直接关系到人身安全的汽车外板质量可靠，检测单位必须与汽车制造商达成共识，选用与其评定外板质量等级相配套的试验方法检测力学性能指标，供其选择相适应的加工成型方法。若由于选用拉伸试样尺寸不一致或者拉伸试验机试验用软件不一致等客观因素而导致检测数据明显偏离，则会使汽车制造商对其判定错误而造成加工开裂等严重后果。
参 考 文 献
[1] 束德林.工程材料力学性能[M]. 2版.北京：机械工业出版社，2007:1~2.
[2] GB/T 2975—1998钢及钢产品力学性能试验取样位置及试样制备 [S].
[3] GB/T 228—2002金属材料室温拉伸试验方法 [S].
金属材料断后伸长率影响因素的试验研究
陈佳雯
（宝钢工业检测公司宝山分公司，上海 200431）
摘 要 随着汽车越来越成为日常生活中不可或缺的一部分，汽车外板质量是驾车安全系数的首要保证。室温单向静拉伸试验可以揭示金属材料在室温环境中静载荷作用下常见的力学行为，其中断后伸长率作为金属材料的最基本力学性能指标之一，对汽车板在实际生产和加工过程中提供评定依据。在Zwick Z050全自动拉伸试验机上研究了常用汽车板室温拉伸性能，总结得出影响其断后伸长率的因素有三：一是拉伸试样平行长度；二是拉伸试验试样断裂点判定参数设置；三是拉伸试样原始标距的选择。
关键词 断后伸长率 金属材料 拉伸试验
Factors of Metallic Materials’ Percentage
Elongation after Fracture
Chen Jiawen
(Baosteel Industry Inspection Corp., Baoshan Branch, Shanghai,200431)
Abstract As the car is increasingly becoming an integral part of daily life, automobile outer panel quality is the primary driving factor of safety assurance. One-way static tensile test at room temperature to reveal metallic materials at room temperature under static loading in the mechanical behavior of the common, including rear extension rate as the metal one of the most basic mechanical properties of automotive sheet in the actual process of production and processing provide assessment basis. In the Zwick Z050 tensile testing machine automatic study room temperature tensile properties used car board, summed up the rear of the elongation obtained the factors are threefold: First, the parallel part of the length of the tensile samples. Second, point of tensile test specimen fracture determine the parameters. Third, the original tensile specimen gauge.
Key words percentage elongation after fracture, metallic materials, tensile testing choice
1 引言
近年来，随着居民生活水平的不断提高，汽车已然成为日常出行最常用的代步工具之一，百姓生活中不可或缺的一部分。“减重、安全0、环保”的汽车轻量化设计理念加速了薄型金属材料在汽车制造业的应用，超薄汽车外板的质量成为驾车安全系数的首要保证。目前，国内汽车制造商通常是根据汽车用板的力学性能指标评定其质量等级，再选择相适应的加工成型方法，例如冲压、深冲等。
室温单向静拉伸试验可以揭示金属材料在室温环境中静载荷作用下常见的力学行为，其中断后伸长率作陈佳雯，女，工科学士，[email protected]
第八届（2011）中国钢铁年会论文集
为金属材料的最基本力学性能指标之一，反映金属材料断裂前发生不可逆永久形变的能力[1]。若检测的汽车用板断后伸长率出现虚值现象，则将直接影响对其质量等级评定，严重时可能造成加工开裂等后果，汽车制造质量存在不安全因素。
本文针对金属材料断后伸长率的影响因素进行了一系列试验研究，分析并总结得出影响金属材料断后伸长率的因素主要有三：一是拉伸试样平行长度；二是拉伸试验试样断裂点判定参数设置；三是拉伸试样原始标距的选择。另外，综合考虑人为误差、测量设备精度以及试验环境等因素，人工测量金属材料断后伸长率也是产生虚值现象的原因之一。
2 试验条件
依据GB/T 2975—1998[2]《钢及钢产品力学性能试验取样位置及试样制备》中规定，在一块450mm×1200mm钢板宽度1/4处相邻剪取300mm×30mm横向拉伸样坯两件，并使用全自动加工设备将拉伸样坯制备成标准板型拉伸试样，试样制备尺寸如图1所示，完全符合GB/T 228-2002[3]《金属材料室温拉伸试验方法》附录中的相关规定。
（a） （b）
图1 板型拉伸样坯取样位置及试样制备尺寸示意图
W——产品的宽度。此次试验中规定，钢板的宽度W=1200mm；
a——产品的厚度。此次试验中规定，钢板的厚度a
b——试样平行长度的宽度。此次试验中规定，拉伸试样平行长度的宽度b=25mm；
S0——原始横截面积。此次试验中规定，板型拉伸试样原始横截面积S0=a×b；
L0——原始标距。此次试验中选用，非比例拉伸试样定标距L0=50mm或者比例拉伸试样；
LC——平行长度。此次试验中规定，拉伸试样平行长度LC=60mm或者80mm；
Lt—试样总长度。此次试验中规定，拉伸试样总长度Lt=300mm。
选用Zwick Z050全自动静态拉伸试验机研究汽车用板室温静态拉伸力学性能指标，依据GB/T 228—2002[3]《金属材料室温拉伸试验方法》中规定设置试验速率：弹性模量段试验速率为1mm/min，屈服段试验速率为3mm/min，塑性段试验速率为24mm/min。Zwick Z050全自动静态拉伸试验机纵向引伸计采用全试验跟踪采集检测数据，即待测拉伸试样完全断裂后方才自动松开纵向引伸计，故能精确得到待测拉伸试样断后伸长率。
3 试验方法
在一块450mm×1200mm试验用汽车用板上宽度1/4处相邻位置剪取横向拉伸样坯两件，分别加工成试样总长度Lt=300mm，试样平行长度的宽度b=25mm，过渡弧半径r=20mm，试样平行长度LC=60mm和试样总长度Lt=300mm，试样平行长度的宽度b=25mm，过渡弧半径r=20mm，试样平行长度LC=80mm的标准板型拉伸试样。使用标准划线机在板型拉伸试样上标记定标距L0=50mm（每小格为10mm），超薄板型拉伸试样建议选用划线笔标记原始标距，以免对拉伸试样造成机械划伤影响检测数据准确性。
用Zwick Z050全自动静态拉伸试验机检测平行长度不同的横向拉伸试样，试验时保持试验速率一致，对应输入平行长度数值，研究金属材料拉伸试样制备尺寸对其断后伸长率的影响；再用INSTRON 5582静态拉伸试验机配套AVE高级视频引伸计检测平行长度不同的横向拉伸试样，试验时保持与Zwick Z050全自动静态拉伸试验机试验速率一致，对应输入平行长度数值，研究拉伸试验机自动判定拉伸试样断裂点的参数
电 磁 冶 金 设置对金属材料断后伸长率的影响。待全自动静态拉伸试验机检测完毕后，使用通过计量的游标卡尺人工测量完全断裂的拉伸试样断后伸长率，研究板型拉伸试样原始标距的选择对金属材料断后伸长率的影响以及人工测量与自动测量金属材料断后伸长率数据之间的差异。
金属材料断后伸长率A(%)的计算公式(1)为：
A(%)=Lu−L0×100% （1） L0
式中, Lu为断后标距；Lu−L0为断后标距的残余伸长。
4 试验结果
在Zwick Z050全自动静态拉伸试验机上研究金属材料拉伸试样制备尺寸对其断后伸长率的影响，保持试验条件完全一致，仅改变汽车用板板型拉伸试样平行长度，通过比对检测数据分析可得：拉伸试样平行长度越长其断后伸长率越高，而对测得屈服强度及抗拉强度基本无影响。
三种常用牌号汽车用板板型拉伸试样平行长度不同试验比对检测数据见表1、表2。
表1 平行长度LC=80mm的标准板型拉伸试样自动检测力学性能指标 钢种
BLD 屈服强度/MPa 164 抗拉强度/MPa 300
断后伸长率/% 53 56 58 表2 平行长度LC=60mm的标准板型拉伸试样自动检测力学性能指标 钢种
BLD 屈服强度/MPa 159 抗拉强度/MPa 300
断后伸长率/% 50 52 54 Zwick Z050全自动静态拉伸试验机属欧系拉伸试验机，试验用软件依据ISO国际标准编写，其中拉伸试样断裂点判定参数设置为：力衰减到试验最大力的90%时即为断裂，试验数据采集自动停止；而INSTRON 5582静态拉伸试验机配套AVE高级视频引伸计属美系拉伸试验机，试验用软件依据ASTM美国标准编写，规定当力衰减到试验最大力的40%时自动判定拉伸断裂。理论断裂点位置如图2所示。虽然同为全试验跟踪采集检测数据，但由于拉伸试验机试验用软件的不同，直接导致美系全自动拉伸试验机检测所得金属材料断后伸长率略高于欧系全自动拉伸试验机。
图2 拉伸试样理论断裂点判定位置示意图
人工测量金属材料断后伸长率的不确定度应大于拉伸试验机自动测量断后伸长率的不确定度，因为人工测量需考虑人为误差因素、游标卡尺测量精度因素、环境因素等。板型拉伸比例试样是指根据公式（2）用板型拉伸试样矩形截面积求出原始标距L0后计算得到断后伸长率，而全自动拉伸试验机只能检测定标距非
第八届（2011）中国钢铁年会论文集
比例拉伸试样，例如原始标距L0=50mm。因此，只能采用人工测量的方法近似得到拉伸比例试样的断后伸长率。
L0=15mm （2）
对于厚度a
表2中三种常用牌号汽车用板板型拉伸试样人工测量断后伸长率试验比对检测数据见表3、表4。
表3 标准板型比例拉伸试样人工测量力学性能指标 钢 种
BLD 断后伸长率/ % 48
表4 标准板型非比例拉伸试样(L0=50mm)人工测量力学性能指标
钢种
BLD 断后伸长率/ % 54
试验结果表明：同一超薄汽车用板(a5 结论
通过试验研究发现，选用全自动静态拉伸试验机检测金属材料力学性能指标，造成其断后伸长率变化的关键因素是拉伸试样平行长度，而拉伸试验机试验用软件中对试样断裂点判定参数的设置和拉伸试样原始标距的选择也是影响金属材料断后伸长率的因素之一。另外，综合考虑人为误差、测量设备精度以及试验环境等因素，人工测量金属材料断后伸长率也是产生虚值现象的原因之一。
目前，国际上尚未对各种拉伸试验方法检测得到不同断后伸长率这一问题做出系统规定，通常需要参考产品标准选择相适应的拉伸试样进行试验。为确保直接关系到人身安全的汽车外板质量可靠，检测单位必须与汽车制造商达成共识，选用与其评定外板质量等级相配套的试验方法检测力学性能指标，供其选择相适应的加工成型方法。若由于选用拉伸试样尺寸不一致或者拉伸试验机试验用软件不一致等客观因素而导致检测数据明显偏离，则会使汽车制造商对其判定错误而造成加工开裂等严重后果。
参 考 文 献
[1] 束德林.工程材料力学性能[M]. 2版.北京：机械工业出版社，2007:1~2.
[2] GB/T 2975—1998钢及钢产品力学性能试验取样位置及试样制备 [S].
[3] GB/T 228—2002金属材料室温拉伸试验方法 [S].