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摘要：拉伸变形时，金属拉拔力受到很多因素的影响。金属拉拔过程中拉拔力既要保证金属在拉拔模中发生塑性变形，又要防止金属在出了拉拔模后产生塑性变形，确保金属拉拔过程稳定进行。因此，对拉拔力的理论分析与实验研究是十分重要的。本文将主要探讨金属板材加载下拉伸力学性能的试验。
关键词：金属板村拉伸力学性能试验
把平的板料变形为中空杯状或开口工件的冲压工艺过程，叫做拉伸。工作时凸模下降，把板料压入凹模，凸模继续下降，落入凹模的板料中心部分被拉伸，带着周围的板料继续向下形成杯壁，最后，板原本平整的钢板被变形成为中空的筒状工件。为了免除板料在拉伸过程中产生破裂，需要设法减小集中在凸模边缘上的单位面积压力，因此．边绝缘部分总是做成圆角。在拉伸过程中，如果拉伸的深度过大，也可能导致材料的模具形成的拉伸压力大过材料的抗拉极限强度，从而导致破坏，因此要求一次拉伸的深度不宜过大，不过，作为家具产品，一般拉伸的深度都不会太大[1]。
1.试样制备与试验方法
选用我国三种常用压力容器钢16MnR、Q235和0Cr18Ni9进行试验。在MTS-880型拉伸试验机上进行拉伸试验，采用位移控制，加载速度为0.5 mm•min-1，可以近似为静态加载，不考虑加载速度对试验结果的影响。试验过程中，通过载荷传感器测量载荷，横向引伸计测量试样缺口颈部半径a的变化量，纵向引伸计测量试样长度变化量，并绘制P-Δ曲线。在实际的锻压中，以900℃的奥氏体化温度，保温60min，出炉后迅速进行模压(模压的速度取决于操作工人对其的熟练程度)，最好在较短的时间内对模具进行定位调整，确保产品的尺寸精度，同时保证板材能够在奥氏体化区域内进行锻压，在塑性区域内完成锻压过程。此工艺的关键应属冷却过程，此时须以较快的速度将产品运送到冷却区域，进行快速风冷，风量和转速可根据产品的规格和壁厚等进行调整[2]。
2.试验结果与讨论
对三种钢的缺口圆棒试样进行拉伸试验和数据分析。
两种铁素体钢16MnR、Q235按该条件限制应变是安全、偏保守的。但是，从图1可知，试验值在按该条件计算直线的下方，说明奥氏体不锈钢0Cr18Ni9按该条件限制应变是不安全的。因而，可按ASMEⅧ-2 2007的应变限制条件对我国压力容器用碳钢材料进行应变限制，但是对于奥氏体钢材料尚需要进一步研究。
图1 0Cr18Ni9钢实测和ASME应变限制条件的
通过对我国压力容器常用三种钢延性断裂探索性研究，已获得非常有价值的初步结论。为了提高材料断裂应变的计算精度，并建立我国压力容器材料的应变限制条件，尚需要进行大量材料断裂应变测试和研究。此试验原理、试验手段和分析方法具有普遍性，可为进一步研究压力容器材料延性断裂提供参考。
3.讨论
压力容器的主要承压构件如筒体、封头等多由板材制造。在板材的轧制过程中，由于在板材的纵向、横向及厚向所受到的应力和应变在性质和数值上有明显的差异，致使板材在三个方向的强度存在差异。一般厚向的强度稍低，但低得并不太多，板材制造的这些压力容器构件的主要受力方向为纵向和横向，而当厚度不是太厚时，厚度方向受力很小。因而压力容器的板制件一般不考虑厚度方向的强度计算，仅对纵向和横向进行强度计算。封头与管板等构件在纵向和横向的承载是相同的，在板材的纵向和横向的强度保证值中应采用强度低的方向的强度来进行计算确定板厚，因而应在强度低的方向检测强度。按照用途和形态，压力容器受压元件用钢有钢板、钢管、钢棒和锻件四大类。其中钢板主要作承压壳体，钢管主要用于换热管及承压接管，钢棒主要用于承压紧固件螺栓、螺母，锻件用于法兰、管板和锻制容器壳体等。按照化学成分和使用特性，分为碳素钢、低合金高强度钢、中温抗氢钢、低温用钢及高合金不锈钢等[3]。
圆筒体在内压作用下，环向应力约为轴向应力的2倍，如果所用板材的强度为纵向高于横向，按道理将强度高的纵向用作筒体的环向，将强度低的横向用作筒体的轴向，两个方向分别进行强度计算确定板厚，在两个板厚中取用厚的板厚，这样可以较节省材料，充分利用板材两个方向的强度。然而在任何压力容器标准中都并不规定板材的纵向和横向应分别用于构件的哪个方向，在板材标准中也都只依靠板材纵向和横向中抗拉强度和屈服强度的低值来确定纵向和横向共同适用的强度合格指标[4]。因而在压力容器的标准中也都按照板材两个方向中抗拉强度和屈服强度的低值来确定适用于板材两个方向的许用应力。压力容器的设计只能按照纵向和横向共同的许用应力来进行强度计算。压力容器的制造在配料时也不会考虑板材纵向和横向强度的差异，所用板厚应满足设计要求，板材在构件上的方向配置主要考虑充分利用板材的面积，减少焊缝长度、尤其是尽量减少筒体纵向焊缝的长度等原则。为提高大型锻件的质量，还应注意冶炼方法和加工工艺。对于重要锻件，如超高压容器锻件，要求采用酸性炉衬电炉冶炼的镇静钢，最好采用真空冶炼、真空脱气或电渣重熔等先进工艺，以减少氢含量，提高钢的纯洁度。氧化物夹杂少，所含硅酸盐夹杂物大多呈球状，对锻件切向性能影响较小。大型锻件要求具有良好的淬透性，在韧性要求高时必须有好的抗回火脆性。回火脆性大的钢不易作大截面锻件。通常含适量Mo和W的钢抗回火脆性好。
近十幾年来，随着弯管技术的不断发展，通过对弯曲的设备和模具的开发与研究，许多新技术和新装备在锅炉及压力容器的制造中得以应用，使小直径管弯曲方式的选取原则也发生了变化。例如，在弯曲设备方面，目前流行采用数控顶镦弯管机，即在管子拉拔式弯曲的过程中，使管子的轴向受顶镦压力，该压力可随不同的材料性能、弯曲规格、弯曲角度进行调整，从而提高了管子的成形质量。一些原采用热弯或小R挤压等加工方法的小弯曲半径的弯头，采用此种数控顶镦弯管机后，可实现无芯冷弯，提高了生产效率、降低了制造成本。
参考文献：
[1] 刘棵，兰凤崇，周云郊，等. 板材压力连接的强度数值模拟与实验研究[J]. 机械设计与制造，2014，01：11-14.
[2] 邓高涛，王焕然，陈大年. 一种钢板材料动态拉伸本构方程确定以及试件尺度效应研究[J]. 工程力学，2014，01：236-242.
[3] 龚海，吴运新，陈磊，等. 拉伸矫直对铝合金厚板平直度的影响[J]. 中南大学学报(自然科学版)，2013，12：4827-4832.