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加工对金属材料拉伸性能的影响研究

发表时间：2021/6/7 来源：《基层建设》2021年第2期作者：姜亚超

[导读] 摘要：随着社会经济的快速发展，金属材料应用范围不断扩大，对人们日常生产生活的影响也体现地越来越明显，拉伸性能是检验金属材料质量是否达到规定标准的一项重要指标，想要保证其科学性就必须要对各种影响金属材料拉伸性能的因素进行详细了解，并在此基础之上不断提高材料加工工艺，进一步保证金属材料的加工质量。

        中国航发哈尔滨东安发动机有限公司黑龙江省哈尔滨市 150066
        摘要：随着社会经济的快速发展，金属材料应用范围不断扩大，对人们日常生产生活的影响也体现地越来越明显，拉伸性能是检验金属材料质量是否达到规定标准的一项重要指标，想要保证其科学性就必须要对各种影响金属材料拉伸性能的因素进行详细了解，并在此基础之上不断提高材料加工工艺，进一步保证金属材料的加工质量。鉴于此，本文首先简要介绍了金属材料的特殊性质，然后详细论述了加工对金属材料拉伸性能的影响。
        关键词：加工；金属材料；拉伸性能；影响
        1 金属材料的特殊性质
        金属材料是指由金属元素或者以金属元素为主构成的体现出一定金属特性的材料，主要包括合金、纯金属、金属间化合物以及特种金属等。金属材料加工过程难免会对其组织造成一定的改变，为了更好地保证材料加工质量，首先必须要对金属材料所体现的特殊性能进行详细了解和掌握，根据长期研究发现，金属材料的特殊性质主要包含有以下三个方面：
        一，疲劳。金属材料在实际使用过程中往往都需要承受一定的载荷，比如机械零件和工程构件，虽然这些金属材料的屈服极限都比应力水平要高很多，但是在长时间的反复应力循环之后也比较容易出现脆性断裂现象，这种现象经常被人们称之为金属材料的疲劳特性，脆性断裂可以说是金属材料最为危险的一种断裂形式。二，塑性。金属材料在外力载荷作用下并没有受到严重地损害，但出现了一定程度的永久性变形，这就是金属材料的塑性。实践证明塑性越好，金属材料便能够体现出更大范围的塑性变形，并在变形过程中不断强化材料的强度，提升金属材料使用过程的安全性和结构稳定性[1]。三，硬度。金属材料的硬度是指在外界硬质物体压入其表面时的抵抗能力，这也是判断金属材料性能的一个重要指标。金属材料的硬度越高，其耐磨性也就会越好。
        2 加工对金属材料拉伸性能的影响
        金属材料的加工方式主要包括铣、磨、车、刨以及钻等，通过相应的加工处理将金属材料加工成预期的形状，进一步被应用到工程机械制造过程中。可是加工操作难免会对金属材料的性能造成一定程度的影响或者破坏，机械加工操作虽然要求不破坏样品，可是由于材料自身在外力作用和热变化等因素影响之下，其性能也会发生一些改变，这就要求我们应该加强对金属材料拉伸性能和加工过程之间的关系研究，分析具体加工操作可能会给金属材料性能造成怎样的影响，进一步不断完善金属材料的加工工艺流程。
        2.1 加工条件对金属材料拉伸性能的影响
        金属材料开始加工之前，工作人员需要根据成型零件要求对加工操作的具体时间、温度以及压力进行合理设定，该过程就会对金属材料的拉伸性能造成一定的影响，其中横向拉伸强度所受到的影响强度最大。具体影响体现在以下方面：
        加工温度越高，金属材料内部的熔体自由体积、分子运动能量和锻炼活动能力就会表现得越强，达到一定程度时就会使分子之间的相互作用力下降，缩减离子之间的粘合度，也正是因为这个原因使金属材料处于较高温度的时候可以提高其横向拉伸强度。但需要注意的是，金属材料的横向拉伸强度并不是和加工温度成正比关系，温度过高会使金属材料结构内部的一部分大分子链出现断裂不良现象，进一步降低材料的拉伸性能。所以在加工金属材料的时候一定要根据实际情况合理把控温度，确保不会影响金属材料的拉伸性能和加工质量。
        2.2 加工时间对金属材料拉伸性能的影响
        随着加工时间的变化，金属材料的横向拉伸强度也会发生一定的改变，实践证明其总体趋势表现为先增长而后逐渐平缓。加工时间太短会造成金属材料内部的金属粒子流通不良，降低材料的横向拉伸值，提升材料的脆性。

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当材料横向拉伸值达到最佳状态之后，后期即使再增加加工时间也不会对金属材料的拉伸性能造成太大的影响和改变。这就要求工作人员应该合理控制加工时间，避免出现严重的资源浪费[2]。
        2.3 加工压力对金属材料拉伸性能的影响
        压力也是金属材料横向拉伸性能的一个重要影响因素，随着压力的不断增加，金属材料的拉伸性能表现出先增强后减弱的趋势。研究发现，当加工压力处于3MPa~7MPa的时候，金属材料的拉伸强度会随着压力的增加不断增强，但是当压力大于7MPa的时候，金属材料的拉伸强度就随着压力的不断增大反而减弱。可见金属材料的加工压力需要做出合理选择，使材料拉伸性能处于最佳状态，从而更好地保证加工零件的良好品质。
        2.4 拉伸速度对金属材料拉伸性能的影响
        绝大多数金属材料内部或多或少含有一定量的金属间杂物、金属晶体或者其他杂质，导致实际加工过程经常出现粘合不良或者错位等缺陷，这样就使金属材料的多数自身性能都集中体现在其内部。根据多年经验总结，在正常情况下金属材料整体性能基本表现一致，但在实际加工过程中，由于其外部塑性和弹性的改变也会发生些许变化，可见金属材料的加工速度也会对其拉伸性能产生影响。金属材料的塑性变形基本上都是依靠拉伸方式实现的改变，加工过程会受到外力的作用，在外力作用下材料的相对滑动会不断改变，当其超出临界值的时候就会促使金属结构内部的晶面和晶向发生运动，出现一个运动速度，而这一速度会对金属材料的拉伸强度具有较大的影响，并且随着温度的不断提升拉伸强度也会有所提高，在金属材料拉伸过程中，拉伸的时间会存在一定的滞后性[3]。比如，当拉伸速度偏低的时候，金属材料可以承受的最大拉力大约为200kN，随着拉伸速度的加快，同种金属材料在200kN的拉力前提之下，由于位错密集大大降低了金属材料的拉伸性能，甚至还会造成金属材料发生断裂。所以在加工金属材料的时候，一定要根据实际情况合理确定其加工压力和拉伸速度，不仅要保证金属材料内部晶体的滑移，同时还要对材料自身的实际拉伸性进行综合考虑，避免出现材料断裂现象。
        2.5 加工式样对金属材料拉伸性能的影响
        金属材料的加工处理往往需要实施多个步骤的试样切取制备操作，样胚的大小、形状、尺寸以及具体的制备方法都会对金属材料的拉伸性能带来一定的影响。首先，取样部位和压制方向相同，便可以在一定程度上增强金属材料的屈服和拉伸强度。其次，拉伸强度还会受到材料化学成分和组织结构等多个方面因素的影响，现如今部分钢材为了不断提高其耐性一味调整材料的拉伸性能，最常见的方式就是向材料当中混入一定量的粒子，从而形成合金材料，这样便能够大大提升其拉伸性能。再次，不同的加工方式也会对材料的拉伸性能造成不同的影响，比如，砂片切割、冷剪和火焰刀割几种加工方式对金属材料力学性能所造成的影响都存在较大的差异。就我国目前情况来看，金属材料切割最佳状态为其横截断面尺寸均匀一致，样本取样在材料发生形变之前切取。可是在实际操作过程中经常会因为机床、刀具或者加工方式等因素影响而出现形状公差，比如：试样一端大一端小或者两端大中间小，这些误差也都会对金属材料的拉伸性能造成不同程度地影响，要求工作人员必须进行严格把控。
        结束语
        总而言之，本文就结合金属材料的特殊性质分析研究了几种常见的金属材料拉伸性能影响因素，主要包括加工时间、拉伸速度、加工条件、加工压力等，同时还要避免加工硬化和材料受热等因素对材料拉伸性能的影响，以更好地保证材料加工产品的质量，促使我国加工行业的长足发展。
        参考文献：
        [1]余暕浩.浅析高分子材料成型加工技术[J].技术与市场，2019，26（09）：78-79.
        [2]柴彩彩.金属材料热处理工艺分析[J].南方农机，2019，50（16）：166.
        [3]蒋雪，徐凤，蔡春堂.机械加工对金属零件加工精度的影响分析[J].南方农机，2019，50（16）：181.