塑性应变比(r值)反映了金属薄板在拉伸加载过程中抵抗变薄破断的能力，不同取样方向测得的r值可以反映材料自身的各向异性。在单轴拉伸力的作用下，将试样拉伸到均匀塑性变形阶段，当达到规定的工程应变水平时，测试并计算试样的长度和宽度变化，再利用塑性变形前后体积不变原理导出的公式计算得到r值。

 

     常见的影响r值测试结果的因素有：不同的测试方式和评估方法、试样(弯、扭、弓形等异常)的对中性、试样制备(试样表面和边缘质量)、实验室的条件、纵向和横向引伸计测试、试样的非均匀变形等。其中纵向和横向引伸计直接与试样接触，是很关键的因素。来自武钢有限质检的张宏岭、向前等研究人员选取了纵向和横向引伸计抖动、夹持不良、下垂、定位不准等异常导致r值测试结果偏差的案例，并对其进行了深入分析，找到了一些处理措施，以供业内人士参考。

 

一、试验材料及试验条件

 

图1 宽度方向塑性变形y 轴存在正向偏离的

 

r 值-应力关系曲线(案例1)

 

 

     宽度方向塑性变形y轴存在正向偏离的r值-应力关系曲线如图1所示，宽度方向塑性变形有明显突变的r 值-应力关系曲线如图2所示。

图3 伸长率-宽度关系曲线(案例1)

 

 

     由伸长率-宽度变化曲线(见图3)可知，曲线存在明显突变点，说明横向引伸计发生抖动。经过调查发现，横向引伸计的一组接触柱的固定螺钉出现轻微松动，测试过程中接触柱与试样滑动时出现异常抖动，导致横向引伸计跟踪错误。

 

图4 测试时间-宽度关系曲线(案例2)

 

 

     测试时间-宽度关系曲线如图4所示，经分析发现：测试时间为3s时，纵向及横向引伸计跟踪曲线都出现异常抖动。经过调查可知，这是因为横向引伸计在初始夹持试样时，夹持位置在夹持柱外侧，在拉伸过程中，横向引伸计抖动，同时带动纵向引伸计抖动。

 

2.3 案例3(横向引伸计下垂)

 

     在自动拉伸试验机上，对一件WDQ牌号的标准5号试样进行自动测试，测试参数设置满足标准GB/T 228.1—2010要求，r值测试结果为3.35，而该类钢材的r值一般为2.7~3.2，测试结果偏高。

图5 宽度、长度方向塑性变形的r值-应力关系曲线(案例3)

 

 

     宽度、长度方向塑性变形的r值-应力关系曲线如图5所示。经过分析发现：随着应变的加大，r值逐步加大。经过调查发现，宽度引伸计轻微下垂，5号试样标距仅50mm，在拉伸过程中，宽度引伸计与纵向引伸计夹持臂发生接触，导致纵向引伸计跟踪不良。

 

2.4 案例4(纵向引伸计定位不准)

 

     在自动拉伸试验机上，对一件DC06牌号的标准P6试样进行自动测试，测试参数设置满足要求，r值测试结果为3.25，而该类钢材的r值一般为2.6~3.0，测试结果异常。

 

引伸计状态直接影响r值的检测结果，比如：试样宽度方向的真实变形与引伸计测得数值之间的差异、引伸计长度、装夹部位和形式(更靠近过渡弧还是在标距正中)、引伸计刀口与试样表面的相对滑动、宽度测试装置的装夹效应等。苏大雄等发现标距长度和宽度的测试位置，会影响r值的检测准确度。

 

     案例1中，在测试初始阶段，因横向引伸计装夹不良，引伸计信号显示出一些正向应变， r 值降低，Δb减少量很小，对r值影响不大；工程应力达到158MPa时，横向引伸计出现异常抖动造成宽度Δb异常偏高，从而r值异常高。

 

     案例2中，宽度引伸计异常抖动造成Δb异常偏高，从而导致r值异常高。

 

     案例3中，横向引伸计阻碍了纵向引伸计的跟踪变形，纵向引伸计的测试滞后于宽度引伸计的，使Δb测试值偏大，r值也偏大。

 

     案例4中，纵向引伸计的测试长度L0小于设定原始标距，测试时试样的实际塑性伸长大于理论值，导致试样宽度Δb加大，r值异常偏高。

 

     上述案例进一步说明r值测试是否准确与纵、横向引伸计测试是否准确有关，对检测同步性也提出了极高要求，即r值测试偏差的本质就是纵、横向引伸计测试反馈不同步。

 

五、结论及建议

     案例中r值测试结果出现偏差是纵、横向引伸计测试反馈不同步造成的。横向引伸计抖动、接触角柱变形磨损、闭合弹簧失效、装夹不良、纵向原始标距定位偏小、夹持在试样过渡弧处等均造成Δb异常偏大，破坏了其与ΔL的对应关系，导致r值偏大，反之会导致r值偏小。引伸计、测试台等机械部位的日常保养和维护至关重要。

 

     建议设备制造商先升级软件功能，应能显示拉伸试验过程中各测试通道，特别是纵向、横向引伸计变形与时间、载荷的关系曲线,以监控引伸计工作状态；再升级硬件功能，解决纵向引伸计原始标距定位偏移、缺乏直接检定手段等问题,以获得可靠的测试结果。