铝合金挤压型材广泛应用于航空、轨道交通、建筑等领域,屈服强度是评估其力学性能的核心指标之一。而取样位置的选择直接影响测试结果的准确性与代表性,若未遵循规范,可能导致数据偏差甚至误判材料性能。因此,明确屈服强度测试的取样位置规定,是保证测试有效性的关键前提。
铝合金挤压型材屈服强度测试的标准依据
铝合金挤压型材的屈服强度测试需遵循明确的标准框架,其中GB/T 6892-2015《一般工业用铝及铝合金挤压型材》是基础规范,其6.3.2条明确要求:力学性能试样应从型材的“有效部位”截取,且必须避开焊缝、气穴、夹渣等可见缺陷区域。
GB/T 228.1-2010《金属材料 拉伸试验 第1部分:室温试验方法》作为通用试验标准,虽未直接规定取样位置,但强调试样需“代表材料的整体性能”,为取样位置的选择提供了原则性指导。
对于航空、航天等高端领域,HB 5482-1991《铝合金挤压型材力学性能试验方法》进一步细化要求,例如针对大截面航空型材,规定需在截面的3个不同位置(中心、1/4表面、表面)取样,以评估性能均匀性。
这些标准共同构成了取样位置的核心依据,测试时需根据型材的应用场景选择对应的规范。
挤压型材的类型划分与取样位置的关联
铝合金挤压型材按截面形态可分为实心、空心、异型材三类,不同类型的结构差异直接决定了取样位置的不同。
实心型材(如圆棒、方棒)的截面均匀性较好,取样位置主要考虑避免偏析或加工硬化;空心型材(如管材、方管)因存在壁厚方向的组织梯度,需关注壁厚的取样层次;异型材(如槽铝、角铝)因截面复杂,需优先选择主要承载部位。
例如,实心圆棒的取样位置需避开中心偏析,而空心管材则需考虑壁厚方向的冷却速率差异——外层冷却快、组织细,内层冷却慢、组织粗,取样位置需平衡这种梯度。
因此,明确型材类型是选择取样位置的第一步。
实心挤压型材的取样位置规定
对于圆形实心型材,GB/T 6892-2015规定:直径≤20mm时,试样从截面中心截取,因小直径型材组织均匀;直径>20mm时,从距表面1/4直径处截取(如50mm直径圆棒,取样点距表面12.5mm),避开中心偏析和表面加工硬化层。
方形或矩形实心型材的取样位置为距边部1/4边长处,例如40mm边长的方棒,取样点距边10mm,既避免了边部的摩擦硬化,也避开了中心可能的偏析。
此外,实心型材的试样需避开挤压方向的末端(即“压余”附近),因末端材料受剪切力较大,组织易畸变,无法代表正常性能。
若型材存在纵向划痕或凹陷,取样位置需远离缺陷至少5mm,防止缺陷影响应力分布。
空心挤压型材的取样位置规定
空心型材(如管材、方管)的核心要求是平衡壁厚方向的组织梯度。GB/T 6892-2015规定:壁厚≤4mm时,取全壁厚试样(即包含整个壁厚);壁厚>4mm时,从距内壁或外壁1/3壁厚处截取(如6mm壁厚管材,取样点距内壁2mm)。
对于矩形空心型材(如方管),试样应从长边的中间部位截取,避开角部——角部因挤压时的应力集中,组织易出现不均匀,且承载时并非主要受力区。
若为焊接空心型材(如高频焊管),试样需避开焊缝,距离焊缝至少10mm,因焊缝区域的成分与基体存在差异,强度可能偏高或偏低。
对于大直径空心型材(如直径>200mm的管材),需在圆周方向均匀取3个试样,取平均值以消除圆周方向的性能波动。
异型材的取样位置规定
异型材的截面形态复杂,取样位置需优先选择“主要承载部位”。例如,U型槽铝的主要承载部位是槽底,试样应从槽底中心截取;L型角铝的承载部位是两个边的交接处向两边延伸1/3边长的区域(如30mm边宽的角铝,取样点距交接处10mm)。
对于带筋条的复杂异型材(如汽车门窗型材),试样需从主筋的中心部位截取——主筋是承受载荷的关键结构,其性能直接决定型材的整体强度。
若异型材截面不对称(如一侧带凸缘的型材),需在对称位置各取一个试样,取平均值以消除不对称带来的偏差。
对于薄壁异型材(壁厚≤1mm),因无法截取标准尺寸试样,可采用“组合试样”——从多个相同型材上截取小试样,拼接成标准尺寸(如将3个1mm厚的试样叠合为3mm厚的标准试样)。
热处理状态对取样位置的影响
铝合金挤压型材的热处理状态(如T4、T6、T7)会影响组织均匀性,进而改变取样位置的要求。
T4状态(固溶+自然时效)的材料组织较均匀,取样位置可遵循基础规定;T6状态(固溶+人工时效)因时效析出相沿挤压方向排列更均匀,试样需沿挤压方向(纵向)截取,以准确反映主要受力方向的强度。
T7状态(过时效)的材料韧性较好,但强度略有降低,取样位置同样需沿纵向,避免横向取样导致的结果偏低——横向组织的析出相排列较乱,强度通常低于纵向。
此外,热处理后的型材需避开淬火冷却的末端,因末端冷却速度与中间区域差异大,组织易出现不均,导致性能波动。
取样过程的关键注意事项
即使遵循了位置规定,取样过程的细节仍可能影响结果。首先,试样需采用冷切割(如锯床、铣床),避免热切割(气割、等离子切割)——热切割会产生热影响区,改变材料的组织和强度。
其次,试样表面需平整,无毛刺、划痕——毛刺会导致应力集中,使测试值偏高;划痕则可能引发提前断裂,使结果偏低。
再者,试样需标记清晰的位置信息(如截面位置、挤压方向),以便后续追溯——若测试结果异常,可通过标记反查取样是否合规。
最后,试样尺寸需符合GB/T 228.1的要求:圆形试样直径≥4mm,矩形试样厚度≥1mm,标距长度为5倍或10倍直径(圆形)或50mm/25mm(矩形),确保测试的规范性。