本文针对７种不同规格的２１－６－９不锈钢管及３种不同规格的３２１不锈钢管，采用弧形试样或管段试样，基于单向拉伸试验获得了材料的基本力学性能参数，为上述不锈钢管塑性成形分析提供了参考。
通过由单向拉伸试验得到了７种规格的２１－６－９不锈钢管及３种规格的３２１不锈钢管的基本力学性能参数，２１－６－９不锈钢管强度高、塑性差，其力学性能特征不利于拉深、弯曲等塑性成形；与２１－６－９不锈钢管相比，３２１不锈钢管强度低、塑性好。分别通过弧形试样拉伸试验和管段试样拉伸试验，获取了Φ１．２５ｍｍ×０．０２ｍｍ厚的规格２１－６－９不锈钢管的力学性能参数，发现由管段试样获得的延伸率大于弧形试样获得的延伸率，其屈服强度及抗拉强度略小于弧形试样获得的屈服强度及抗拉强度。由于弧形试样拉伸过程中，试样受到的并不是单向应力状态，因此管段试样获得的结果更准确。
管材塑性加工易于满足塑性成形产品轻量化、强韧化和低耗高效、精确制造等方面的要求，已成为先进塑性加工技术面向２１世纪研究与发展的一个重要方向［１］。管材零部件在航空航天、汽车、石油化工、轻工及交通运输等工业部门得到了广泛应用［２］。近年，随着薄壁管材加工技术的发展，由于薄壁不锈钢管强度高于薄壁铝合金管，价格低于薄壁钛合金管，因此得到了快速发展。
对管材塑性成形特点、变形规律等的深入研究，需要以准确获得材料的力学性能参数为基础。但目前对于材料性能的研究多集中在板材，针对管材力学性能的研究很少。由于其生产工艺的不同，管材与板材基本力学性能存在差异。研究发现，型材材料相同、厚度和截面形状不同时，基本力学性能也存在较大差异；不同热处理状态，其性能差异更大［３－４］。因此，要获得材料准确的力学性能数据，需要对特定规格的管材进行深入的试验研究。
１试样制备与试验方法
试验根据国标ＧＢ／Ｔ２２８－２００２［５］，当管外径Ｄ＜３０ｍｍ时，采用管段试样；当管外径Ｄ≥３０ｍｍ时，采用纵向弧形试样。试验对Φ１．２５ｍｍ×０．０２ｍｍ厚规格的２１－６－９管材采用管段和纵向弧形两种形状的试样，以对比试样形状对管材材料力学性能的影响。弧形试样用线切割的方法从管材上直接截取，试样
如图１所示，真实试样如图２所示。管段试样用线切割的方法从管材上截取，每个试样需配做两个管塞，防止试样夹扁。试样及管塞示意如图３所示，真实试样及管塞如图４所示。每种试样各取３件，试验结果取３组试验的平均值。
拉伸试验在新三思ＣＭＴ５２０５电子万能试验机上进行，最大载荷２００ｋＮ。拉伸力通过ＣＭＴ５２０５材料试验机自带的自动信号采集系统采集。轴向位移通过纵向引伸计获取，型号为ＹＳＪ－５０／２５－ＺＣ，标距５０ｍｍ，量程２５ｍｍ。横向位移通过横向引伸计获取，型号为ＹＳＪ－２５／３－ＺＣ，最大标距２５ｍｍ，最小标距３ｍｍ。试验速度设为３ｍｍ／ｍｉｎ。
１．２塑性应变比测量
板料在不同方向上（沿轧制方向、垂直于轧制方向和厚向）表现出不同的流动特性。称板料平面内的不同流动特性为平面各向异性［６］。各个方向上的各向异性用塑性应变比ｒ表示，是试样沿轴向拉伸产生均匀塑性变形时，标距内宽向真实应变与厚向真实应变之比，即ｒ＝εｂ／εｔ（１）
一般情况下，板料厚度尺寸相对较小，其变化量难以精确测量，故利用体积不变条件，εｌ＋εｂ＋εｔ＝０，将εｔ替换掉，转化为：
ｒ＝εｂ／εｔ＝－εｂ／（εｂ＋εｌ）（２）
式中εｌ———单向拉伸试样的纵向应变
εｂ———单向拉伸试样的横向应变
εｔ———单向拉伸试样的厚向应变
当ｒ＝１时，为各向同性材料，ｒ值越小，表示
板料厚度方向上的强度越低，在拉深或弯曲变形时壁厚越容易减薄，不利于成形，因此，一般希望材料具有较高的ｒ值。本文对材料长度方向上的厚向异性行为进行了研究。
１．２．１弧形试样塑性应变比测量
目前，由于材料塑性应变比的测量主要针对板
材［７－９］，很少有专门针对管材的塑性应变比测量方法，弧形试样标距段的宽度相对管径较小，故可将其近似看作薄板，按照ＧＢ／Ｔ５０２７－１９９９［１０］对管材弧形试样的塑性应变比进行测量。材料的ｒ值一般随变形量的不同产生明显变化，对于钢、铝等金属，均以工程应变为１５％或２０％时的ｒ值为表征。以３ｍｍ／ｍｉｎ的速度在试验机上对试样进行静态拉伸，利用纵向和横向两个引伸计跟踪记录标距的长度和宽度方向的变形。按式（３）～式（５）计算不同时刻的塑性应变比。
１．２．２管段试样塑性应变比测量
对于直径较小的管材，若将管材切割成弧形试
样，由于曲率较大，按照薄板塑性应变比测量方法进行ｒ值测量必将带来较大误差。因此需要对管段试样按以下公式计算塑性应变比，以３ｍｍ／ｍｉｎ的速度在试验机上对试样进行静态拉伸，利用纵向和横向两个引伸计，跟踪记录标距的长度和直径方向的变形。
在均匀塑性变形阶段，根据体积不变原则有：
２结果与讨论
２．１２１－６－９管材基本力学性能
通过拉伸试验确定的不同规格２１－６－９不锈钢管力学性能参数如表１所示，其名义应力应变曲线、真实应力应变曲线分别如图５、图６所示。由表１可以看出，不同规格２１－６－９不锈钢管的室温拉伸力学性能存在差异。材料的弹性模量和延伸率变化较大，弹性模量最小２．４０９４×１０７ｐｓｉ，最大２．９０２１×１０７ｐｓｉ；延伸率最小１７．４４５１％，最大２８．１３５４％，对Φ１．２５ｍｍ×０．０２ｍｍ厚规格的管材，管段试样获得的延伸率远大于弧形试样的结果，这是因为，弧形试样拉伸前需要把夹持端夹平，拉伸过程中试样并非严格处于单向拉应力状态，因此，管段试样获得的结果较弧形试样更合理。材料的屈服强度σ０．２及强度极限σｂ变化较小，２１－６－９材料强度较大，达到１３００００ｐｓｉ以上才发生屈服，但材料屈服后很快发生颈缩现象，即强度极限与屈服强度的差值较小，也表现为材料真实应力应变曲线上均匀塑性变形部分的曲线较短，材料屈服之后的曲线较平，通过公式拟合获得的材料硬化指数较小。综上分析发现，材料的这种特性，对管材的拉深或弯曲变形不利，由于材料强度较大，管材变形所需变形力较大，但之后材料均匀塑性变形所允许的应力变化空间较小，管材容易开裂。
材料的ｒ值一般以工程应变为１５％或２０％时的ｒ值为表征。但对于２１－６－９不锈钢管材，由于管材均匀塑性变形阶段较短，工程应变小于０．１时材料即发生颈缩，颈缩之后材料的应力应变曲线已不能正确表述材料的塑性变形能力，因此需取名义应力应变均匀塑性变形阶段的中点，计算塑性应变比。
如表１所示，不同规格２１－６－９管材的塑性应变比差异较大，Φ０．２５ｍｍ×０．０１６ｍｍ厚、Φ０．７５ｍｍ×０．０３９ｍｍ厚以及Φ１．００ｍｍ×０．０５２ｍｍ厚３种规格的管材塑性应变比分别为０．８６６７、０．８１６７和０．６３８８，塑性应变比越小，管材厚度方向越容易变薄或增厚，就越不利于管材塑性变形。
２．２ ３２１管材基本力学性能通过拉伸试验确定不同规格的３２１不锈钢管力学性能参数如表２所示，其名义应力应变曲线、真实应力应变曲线分别如图７、图８所示。可以看出，不同规格３２１管材力学性能参数相近。对比表１和表２，与２１－６－９材料相比，３２１材料的屈服强度较小，延伸率和硬化指数较大，这都有利于管材塑性成形。屈服强度小，管材成形所需力小，硬化指数大，材料均匀塑性变形的空间大，并且塑性变形容易；同时，延伸率大也表明管材塑性好，不易发生破裂。
３ 结 论
１）获取７种规格的２１－６－９不锈钢管材的弹性模量、屈服强度、抗拉强度、延伸率、强度系数、硬化指数和塑性应变比等力学性能参数，分析发现，２１－６－９不锈钢管材强度高，塑性差，力学性能特征不利于拉深、弯曲的塑性成形。
２）获取３种规格的３２１不锈钢管材的弹性模量、屈服强度、抗拉强度、延伸率、强度系数、硬化指数和塑性应变比等力学性能参数，与２１－６－９不锈钢管相比，３２１不锈钢管强度低，塑性好。
３）分别通过弧形试样和管段试样拉伸试验获取了Φ１．２５ｍｍ×０．０２ｍｍ厚规格的２１－６－９不锈钢管力学性能参数，发现通过管段试样获得的延伸率大于弧形试样获得的延伸率，屈服强度及抗拉强度略小于弧形试样获得的屈服强度及抗拉强度。
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