金屬絲拉伸夾具的要求是在拉伸試驗(yàn)過程中能夠夾緊試樣，不出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，且對(duì)金屬絲試樣表面不能造成損傷。結(jié)合以上要求和Zwick 100kN電子拉伸試驗(yàn)機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)設(shè)計(jì)了一套適合金屬絲拉伸試驗(yàn)的專用夾具。

該金屬絲拉伸夾具如圖1所示，圖中注釋分別如下：1為夾具主體，2為夾具載體，3為固定頂桿，4為試樣夾持槽，5為上圓柱體，6為下圓柱體，7為T型凹槽，8為固定圓孔，9為彈簧，10為固定孔，11為彈簧固定銷

該金屬絲拉伸夾具包括夾具主體、夾具載體和固定頂桿，夾具主體截面為工字型的長(zhǎng)條鋼結(jié)構(gòu)，工字型夾具主體包括上平面、下平面和中間的垂直連接面。上平面的表面有試樣夾持槽，試樣夾持槽以上平面長(zhǎng)度方向的中心線為軸線。夾具載體由同一塊材料加工成上下兩個(gè)不同直徑的扁圓柱體，分別是上圓柱體和下圓柱體，它們的中心相對(duì)，下圓柱體與試驗(yàn)機(jī)安裝夾具的固定槽連接，上圓柱體的表面有T型截面的凹槽，T型凹槽與上圓柱體的一條直徑重合，其底面和立面分別與夾具主體的下平面和垂直連接面相匹配。上圓柱體和下圓柱體上分別有兩個(gè)對(duì)應(yīng)的固定圓孔，兩個(gè)固定圓孔分別位于T 型凹槽的兩側(cè)，兩個(gè)固定圓孔的中心連線與上圓柱體的一條直徑重合，兩個(gè)固定圓孔與上圓柱體的圓心

距離相等，兩條固定頂桿分別與兩個(gè)固定圓孔相匹配，兩條頂桿分別插在兩個(gè)固定圓孔中將夾具載體緊固。

1.取樣位置

金屬絲材以金屬盤條或金屬圓棒為基材，經(jīng)過冷拔拉絲機(jī)多道次拉拔而成。由于拉拔道次多，起步階段的拉拔速率不均勻，金屬絲端部因受力不均勻，

經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)顯微組織不均勻、邊部開裂等缺陷，嚴(yán)重影響拉伸試驗(yàn)結(jié)果的真實(shí)性。因此，金屬絲拉伸試樣一般在距端部5m以上的位置截取。

2試樣矯直

由于金屬絲拉拔過程是以盤卷的形式收線，拉伸前=對(duì)圓弧形的金屬絲進(jìn)行矯直處理。矯直的速率要小，力度要適中，初始表面物理狀態(tài)要保持。

矯直效果一般以波浪度表示，將矯直后的試樣水平放置在水平臺(tái)上，金屬絲離開水平臺(tái)的大距離即為波高H，波的起點(diǎn)和終點(diǎn)之間的距離為波長(zhǎng)L，

波高H與波長(zhǎng)L的百分比即為波浪度。金屬絲材的波浪度要小于5%才能保證拉伸試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3試樣表面

拉伸試驗(yàn)用金屬絲材試樣，要求表面不能有氧化鐵皮、機(jī)械損傷和刻劃原始標(biāo)距的劃傷等缺陷，應(yīng)整體粗細(xì)均勻，形狀差不超過0.05mm。

對(duì)于不能及時(shí)進(jìn)行試驗(yàn)的試樣，要將其放置在干燥箱中或?qū)υ嚇颖砻孢M(jìn)行涂油保存，避免試樣表面氧化造成拉伸性能的下降。

試樣長(zhǎng)度由于小尺寸金屬絲材試樣直徑小的特點(diǎn)，在進(jìn)行拉伸試驗(yàn)時(shí)保留全尺寸，試樣沒有過渡圓弧、平行段之分，兩夾持端之間的長(zhǎng)度即為試驗(yàn)部分的長(zhǎng)度。

為了使試驗(yàn)順利進(jìn)行，設(shè)計(jì)了如圖2所示的試樣尺寸：試樣總長(zhǎng)度為190mm，滿足了試驗(yàn)機(jī)對(duì)拉伸試樣長(zhǎng)度的要求；試樣兩側(cè)的夾持部分長(zhǎng)度為50mm，

保證了夾持的有效性；中間部分長(zhǎng)度為90mm，滿足非比例標(biāo)樣對(duì)50mm原始標(biāo)距或80mm原始標(biāo)距斷后伸長(zhǎng)率的測(cè)試要求。

1.預(yù)加載的設(shè)置

在夾緊金屬絲試樣時(shí)，由于試樣規(guī)格小，往往造成試樣處于不同程度的彎曲狀態(tài)。如果此時(shí)將自動(dòng)引伸計(jì)夾緊開始試驗(yàn)，會(huì)影響到自動(dòng)引伸計(jì)對(duì)試樣伸長(zhǎng)的判定。

因此要對(duì)金屬絲進(jìn)行預(yù)加載，預(yù)加載的強(qiáng)度一般不超過試樣屈服強(qiáng)度的5%。

2夾持力的設(shè)定

夾具夾持力是金屬絲拉伸試驗(yàn)的關(guān)鍵參數(shù)。若夾持力偏小，試樣容易打滑；而若夾持力過大，試樣夾持端會(huì)發(fā)生嚴(yán)重變形，拉伸斷裂位置會(huì)位于標(biāo)距外，導(dǎo)致試驗(yàn)數(shù)據(jù)不能真實(shí)反映材料的性能。

以?3.3mm 鎳基合金冷拔金屬絲為例，測(cè)定了大拉伸力為8.1kN 時(shí)，不同夾持力對(duì)試樣斷裂位置的影響，結(jié)果如圖3所示。

3.應(yīng)變速率的設(shè)定

以?3.3mm鎳基合金冷拔金屬絲為例，分析應(yīng)變速率對(duì)金屬絲拉伸試樣抗拉強(qiáng)度的影響。如圖4所示：當(dāng)應(yīng)變速率小于0.0067s-1時(shí)，

拉伸試樣的抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差較小，測(cè)定的數(shù)值較為穩(wěn)定；當(dāng)應(yīng)變速率大于0.01s-1時(shí)，拉伸試樣抗拉強(qiáng)度大幅增加，且隨著應(yīng)變速率的大，

呈現(xiàn)逐漸遞增的趨勢(shì)。這說(shuō)明，較大的應(yīng)變速率會(huì)導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果偏離真實(shí)值的概率大，使得測(cè)試結(jié)果不穩(wěn)定。

4.屈服點(diǎn)的判定

金屬絲是經(jīng)過多次拉拔成型的，已經(jīng)產(chǎn)生了很大的變形量，由于加工硬化的原因位錯(cuò)密度急劇增加導(dǎo)致金屬絲拉伸過程中沒有屈服平臺(tái)。

因此，按照GB/T 228.1-2010中的規(guī)定，達(dá)到非比例塑性變形的0.2%時(shí)判斷為屈服點(diǎn)。用滯后環(huán)法準(zhǔn)確地測(cè)定了金屬絲拉伸的彈性模量，

從而準(zhǔn)確地判定了非比例塑性變形0.2%的位置，根據(jù)應(yīng)力-應(yīng)變曲線測(cè)出了金屬絲的屈服強(qiáng)度。

5.斷裂監(jiān)測(cè)的設(shè)定

金屬絲在拉伸過程中表現(xiàn)出了真實(shí)抵抗斷裂的全過程，而如何判斷拉伸試驗(yàn)的結(jié)束點(diǎn)也至關(guān)重要。

因?yàn)樵擖c(diǎn)的判定直接影響到自動(dòng)引伸計(jì)對(duì)斷后伸長(zhǎng)率的測(cè)定及斷裂強(qiáng)度等重要參數(shù)的測(cè)定，力突變點(diǎn)是判斷金屬絲拉伸過程中是否發(fā)生斷裂的關(guān)鍵參數(shù)。

力突變點(diǎn)的含義是下一時(shí)刻的力變?yōu)樾∮谇耙粫r(shí)刻力的5%，此時(shí)即判斷金屬絲已經(jīng)斷裂，自動(dòng)引伸計(jì)結(jié)束測(cè)試。經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，5%的力突變值可以準(zhǔn)確地判定金屬絲的斷裂點(diǎn)，

參數(shù)設(shè)定如圖5所示。

6.拉伸驗(yàn)證試驗(yàn)

為了確保金屬絲拉伸試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，某研究院采用該金屬絲拉伸專用夾具配合拉伸試驗(yàn)機(jī)，與某實(shí)驗(yàn)室專門測(cè)試金屬絲拉伸性能的試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行了結(jié)果比對(duì)。

對(duì)同一規(guī)格和同批次的鎳基合金冷拔金屬絲，按照相同的制樣標(biāo)準(zhǔn)制備了16根拉伸試樣，并按照相同的拉伸試驗(yàn)參數(shù)各自檢測(cè)了8根試樣。

該實(shí)驗(yàn)室8根試樣的抗拉強(qiáng)度平均值為890.63MPa，標(biāo)準(zhǔn)差為1.89MPa；該研究院8根試樣的抗拉強(qiáng)度平均值為891 MPa，標(biāo)準(zhǔn)差為1.41MPa；可見兩組數(shù)據(jù)差值很小，如圖6所示。

7.驗(yàn)證試驗(yàn)參數(shù)設(shè)置的通用性

通過以上對(duì)金屬絲拉伸過程的研究，確定了拉伸試驗(yàn)測(cè)試軟件中的參數(shù)。拉伸試驗(yàn)測(cè)試軟件中的夾持力為抗拉強(qiáng)度的0.2倍左右，拉伸試驗(yàn)速率應(yīng)于0.0067s-1。

使用直徑為1.10mm的焊絲進(jìn)行了拉伸驗(yàn)證試驗(yàn)，結(jié)果表明該拉伸試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確、有效，如圖7所示。