技术文章

金属材料在恒温恒湿环境下的强度性能变化规律与试验

2025-10-11 13:09:46 来源：rongjida17

金属材料在恒温恒湿环境下的强度性能变化规律与试验
一、前言
恒温恒湿试验箱模拟不同环境条件，选取常见工业用金属材料（如低碳钢、铝合金、304 不锈钢），通过控制温度、湿度两个变量，对材料的拉伸强度、屈服强度等关键指标进行测试。
二、试验方法
试验材料准备
选取工业常用的三种金属材料作为试验样本，具体参数如下：
低碳钢：按照标准加工成拉伸试样，试样尺寸为标距段直径 10mm、标距长度 50mm，每组制备 5 个平行试样，表面经打磨去除氧化皮，无明显划痕或缺陷；
铝合金：依据标准制成板状拉伸试样，标距段宽度 12.5mm、标距长度 50mm，每组 5 个平行试样，试样表面进行脱脂处理，避免油污影响试验结果；
304 不锈钢：参照标准加工为圆棒状拉伸试样，标距段直径 8mm、标距长度 40mm，每组 5 个平行试样，出厂状态为冷轧态，无热处理强化。
所有试样制备完成后，在常温常湿环境（温度 25℃±2℃、湿度 50% RH±5% RH）下放置 24h，确保试样状态稳定后再进入试验环节。
试验设备与仪器
恒温恒湿试验箱：温湿度控制范围为温度 - 40℃~150℃、湿度 20% RH~98% RH，控制精度为温度 ±0.5℃、湿度 ±2% RH，符合 GB/T 2423.3-2016《环境试验第 2 部分：试验方法试验 Cab：恒定湿热试验》要求，用于模拟不同温湿度环境；
电子万能试验机：试验力 100kN，力值精度 ±0.5%，位移精度 ±0.5%，用于测量金属材料的拉伸强度与屈服强度，试验速度设定为 2mm/min，符合拉伸试验标准要求；
数显千分尺：精度 0.001mm，用于测量试样标距段的直径（圆棒试样）或厚度（板状试样），每个试样测量 3 个不同位置，取平均值作为计算截面积的依据；
温湿度记录仪：型号为 RS485，测量精度温度 ±0.2℃、湿度 ±1% RH，放置于恒温恒湿试验箱内，实时记录试验过程中的温湿度数据，确保环境参数稳定。
试验步骤
初始性能测试：取每种金属材料的 1 组试样（5 个平行试样），在常温常湿环境（温度 25℃、湿度 50% RH）下，使用电子万能试验机进行拉伸试验，记录每个试样的拉伸强度与屈服强度，计算平均值作为初始强度数据（对应表 1 中 “测试时长 0h” 的数据）；
恒温恒湿环境处理：将剩余试样分为 2 组，分别放入恒温恒湿试验箱中，设置两组环境参数：
组 1：温度 25℃、湿度 85% RH，持续放置 240h；
组 2：温度 40℃、湿度 85% RH，持续放置 240h；
试验过程中，通过温湿度记录仪实时监控箱内环境，若温湿度波动超出控制精度范围，及时调整设备参数，确保环境稳定；
环境后性能测试：达到设定测试时长后，将试样从恒温恒湿试验箱中取出，在常温常湿环境下放置 2h，使试样温度与环境温度一致，随后按照步骤 1 的方法进行拉伸试验，记录拉伸强度与屈服强度，计算每组试样的平均值；
平行试验验证：每种环境参数下的试验均进行 3 次平行测试，每次测试使用 1 组新的试样，确保数据的重复性与可靠性，若单次试验中某一试样数据偏离平均值超过 5%，则剔除该异常数据，重新补充试验。
三、试验数据示例：

金属材料类型	试验温度（℃）	试验湿度（RH%）	测试时长（h）	拉伸强度（MPa）	屈服强度（MPa）	强度变化率（%）
低碳钢	25（常温）	50（常湿）	0	450±5	235±3	0.0
低碳钢	25	85	240	432±4	228±2	-4.0（拉伸）/-3.0（屈服）
低碳钢	40	85	240	415±3	219±2	-7.8（拉伸）/-6.8（屈服）
铝合金	25（常温）	50（常湿）	0	310±4	276±3	0.0
铝合金	25	85	240	298±3	265±2	-3.9（拉伸）/-4.0（屈服）
铝合金	40	85	240	282±3	252±2	-9.0（拉伸）/-8.7（屈服）
304 不锈钢	25（常温）	50（常湿）	0	520±5	210±3	0.0
304 不锈钢	25	85	240	515±4	208±2	-1.0（拉伸）/-0.9（屈服）
304 不锈钢	40	85	240	508±4	205±2	-2.3（拉伸）/-2.4（屈服）