金属检测

钛合金锻件因高强度、低密度、耐腐蚀等特性，广泛应用于航空航天、医疗器械等高端领域，其屈服强度是评估材料抗塑性变形能力的关键指标。专业的屈服强度测试流程需严格遵循标准规范，涵盖样品制备、设备调试、加载控制、结果判定等环节，直接影响数据的准确性与可靠性。本文将系统概述钛合金锻件屈服强度测试的专业检测流程，为行业从业者提供实操参考。

测试前的样品制备与确认

钛合金锻件的屈服强度测试需优先明确取样位置——因锻件存在纤维组织方向性，需沿锻压主方向（如轴向）在关键受力区域（如发动机盘类锻件的腹板部位）取样，符合GB/T 228.1-2010或ASTM E8对取样部位的要求，确保样品代表锻件的实际力学性能。

样品尺寸需严格匹配标准：圆试样直径通常为6mm或10mm，平行段长度为直径的5倍（如φ6mm试样平行段长30mm）；矩形试样厚度不超过10mm，宽度为12.5mm或25mm。尺寸公差需控制在±0.05mm内，避免截面积计算误差影响应力结果（应力=力/截面积）。

样品表面需进行精细处理：去除毛刺、划痕及氧化皮，用砂纸打磨至Ra0.8μm以下，防止表面缺陷引发应力集中，导致测试时提前断裂。同时需核对样品的热处理状态（如TC4锻件的消除应力退火参数：550~650℃保温2~4h），确保与锻件工艺一致，避免热处理不当影响屈服强度。

最后需完成外观检查：确认样品无裂纹、夹杂、折叠等锻造缺陷，若存在缺陷需标记并评估是否影响测试，必要时重新取样。

检测设备的校准与调试

测试前需校准拉力试验机的力值：使用经计量认证的标准砝码或力传感器，校准范围需覆盖测试所需力值（如钛合金屈服强度800~1200MPa，若试样截面积30mm²，需校准0~50kN范围）。校准周期需符合计量要求（通常每年1次），测试前检查校准证书有效性。

引伸计的校准是应变测量的核心：引伸计需符合GB/T 12160-2002的1级精度要求（相对误差≤1%），校准内容包括标距（如50mm引伸计的标距误差≤0.1mm）、分辨率及线性度，确保应变测量覆盖0~0.5%（对应Rp0.2的应变需求）。

设备调试需检查加载系统稳定性：电子伺服试验机需测试力-位移曲线的线性度，确保加载无波动；液压试验机需检查液压油压力与温度（20~40℃），避免油温过高导致速率不稳定。同时调整夹头间距，确保试样安装无预紧力。

最后进行零点校准：试验机空载时力值显示为0，引伸计安装后应变显示为0，若有偏差需调整设备或重新安装引伸计。

试样的安装与定位

试样安装需选择匹配夹头：圆试样用15°或20°楔形夹头，矩形试样用平夹头，夹头材质为高强度合金钢（如40Cr），避免夹持变形。夹持时需确保试样轴线与试验机加载轴线重合，可通过调整夹头位置或使用定心套对中。

引伸计安装需对准试样平行段：标距需覆盖平行段的中间区域，安装时预紧力≤1N，避免压伤试样或影响应变测量。例如粘贴式引伸计需将应变片贴在试样对称位置，确保测量轴向应变而非弯曲应变。

安装后需进行预加载测试：施加10%预计屈服力（如TC4试样预计屈服力24kN，预加载2.4kN），检查力-应变曲线的线性度，若曲线非线性，说明未对中或引伸计安装不当，需重新调整。

最后锁定夹头与引伸计：夹头用扳手拧紧防止打滑，引伸计固定在支架上避免移位。

加载速率的选择与控制

加载速率需遵循标准要求：GB/T 228.1规定弹性阶段应力速率2~20MPa/s或应变速率0.00025~0.0025/s；ASTM E8规定应变速率0.0005~0.002/s。钛合金弹性模量低（约110GPa），速率过快会导致应变滞后，屈服强度偏高；过慢则降低效率。

钛合金常用加载速率：测试TC4锻件时，应力速率通常取10MPa/s（对应应变速率约0.00009/s，应力速率=弹性模量×应变速率）。电子伺服试验机通过软件设定速率，液压机通过调整泵流量控制。

测试过程需监控速率：若速率偏离设定值±10%（如设定10MPa/s，实际12MPa/s），需暂停调整参数。例如电子机需降低伺服电机转速，液压机需调节溢流阀压力。

屈服强度的判定方法与执行

屈服强度判定需明确定义：有明显屈服平台的α钛合金（如TA15），上屈服强度（ReH）为屈服时最大应力，下屈服强度（ReL）为平台最小应力；无平台的β钛合金（如TC18），需用规定非比例延伸强度Rp0.2（非比例延伸率0.2%时的应力）。

有平台钛合金的判定：力-应变曲线出现稳定平台时，ReL取平台下限。例如TA15试样力值达到30kN后保持稳定，ReL=30kN/30mm²=1000MPa。

无平台钛合金的判定：用引伸计测量应变，当应变达到0.2%时，对应的应力即为Rp0.2。操作时从原点作弹性阶段平行线，截距为0.2%应变，与曲线交点对应应力即为Rp0.2。

判定需遵循标准：GB/T 228.1要求Rp0.2需用引伸计测量；ASTM E8规定无平台材料必须用Rp0.2。若试样在达到Rp0.2前断裂，说明存在缺陷，结果无效。

测试过程的数据记录要点

数据记录需完整：包括试样编号、材质、锻压方向、截面积（精确到0.01mm²）、标距（精确到0.1mm）、热处理状态、测试温度（室温23±5℃）。

设备与参数记录：试验机编号、校准日期、引伸计编号、加载速率、力-应变曲线文件名。

测试数据记录：屈服点力值（精确到0.1kN）、对应应变（精确到0.01%）、ReH/ReL或Rp0.2。例如TC4试样截面积28.27mm²，Rp0.2对应力值25kN，计算得Rp0.2=25000N/28.27mm²≈884MPa。

异常情况记录：若试样打滑、设备故障或引伸计脱落，需记录时间、现象及处理措施（如重新测试）。

有效性检查：核对应力=力/截面积、应变=ΔL/L0的计算，同一批试样偏差超过5%需查因（如取样位置或热处理不均）。

试样的post-test检查与结果验证

测试后检查断裂位置：断裂在平行段（距夹头≥2倍标距）结果有效；断裂在夹头或标距外，说明安装不对中，结果无效。

检查变形情况：测量平行段伸长量（如原长50mm，断裂后55mm，伸长率10%），观察颈缩位置（需在标距内），颈缩异常会影响结果。

检查表面缺陷：若试样有裂纹、夹杂（非测试产生），需判断是否为原材料缺陷，若是则结果无效。

结果验证：对比标准值（如TC4标准≥825MPa），若测试884MPa符合要求；若750MPa需复查热处理或取样。同时对比同批次历史数据（如850~900MPa），偏离过大需重测。