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金属力学性能拉伸检测试验

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浏览:- 发布日期:2019-10-29 16:55:58【

一、材料在单向静(jing)拉(la)伸载荷下的力学性能

1.1 拉伸试验

(1)概述(shu)

   拉伸试验是标准拉伸试样在静态轴向拉伸力不断作用下以规定的拉伸速度拉至断裂,并在拉伸过程中连续记录力与伸长量,从而求出其强度判据和塑性判据的力学性能试验。

   强度指(zhi)标:弹(dan)性极限、屈(qu)服强度、抗拉强度;

   塑性指标(biao):断后(hou)伸长率(lv)(lv)、断面收缩率(lv)(lv).

(2)概(gai)念

应力:应力是在他作用单位面积上的力,用N/mm^2表(biao)示(shi),在米制单位中(zhong),用千帕(kPa)或兆帕(Mpa)表(biao)示(shi)。

力学应力松弛




应(ying)变(bian)(bian):是被测试材料(liao)尺寸的变(bian)(bian)化(hua)(hua)率(lv)(lv),它是加载后(hou)引起的尺寸变(bian)(bian)化(hua)(hua)。由于应(ying)变(bian)(bian)是一个变(bian)(bian)化(hua)(hua)率(lv)(lv),所以(yi)它没有单位。

应变拉伸试验







原始(shi)标(biao)距(ju)(l0):施力前的试样(yang)标(biao)距(ju).


断(duan)后标(biao)距(ju)(lk):试样断(duan)裂(lie)后的标(biao)距(ju).


断(duan)后伸(shen)长(zhang)率(A):是断(duan)后标(biao)距的(de)残余伸(shen)长(zhang)(lk-l0)与原始标(biao)距(l0)之间(jian)的(de)百分比.


断(duan)面(mian)收(shou)缩率(Z):断(duan)裂(lie)后试(shi)样横截(jie)(jie)面(mian)积的(de)最大缩减量(Sk-S0)与原始横截(jie)(jie)面(mian)积(S0)之比的(de)百分(fen)率。


最(zui)大(da)力(li)(Fm):试样在屈服阶段之后所能抵(di)抗的(de)最(zui)大(da)力(li)。


屈(qu)服强度:当(dang)金(jin)属材(cai)料呈现(xian)屈(qu)服现(xian)象时,在试验期(qi)间达到塑性变形发生而力不增加(jia)的应力点。


上屈(qu)服强度:试(shi)样发生(sheng)屈(qu)服而力(li)首次下(xia)降(jiang)前的最高应力(li)。


下(xia)屈服强度:在屈服期间(jian),不(bu)计(ji)初始瞬时(shi)效应时(shi)的最(zui)低应力。


(3)拉(la)伸应力-应变曲线(xian)


   以低碳钢的拉伸(shen)应(ying)力-应(ying)变曲线(xian)为例(li)。

力学屈服曲线


OB-弹性阶(jie)段,BC-屈服(fu)阶(jie)段,


CD-强化阶段(duan),DE-颈(jing)缩阶段(duan)。

力学试验各阶段示意图

试样在(zai)各阶段变化的示意(yi)图


弹性阶段:


       金属在(zai)弹性变(bian)形阶段(duan),其应力和应变(bian)成(cheng)正比(bi)例关系(xi),符合胡(hu)克定律,




其比(bi)例系数称为弹(dan)性模量。


屈服(fu)阶段(duan):


       当金属材料呈现(xian)屈(qu)(qu)服现(xian)象时,在试(shi)验期间达到塑性变形发(fa)生(sheng)而力不增加的应力点(dian),应区(qu)分上屈(qu)(qu)服强度(du)(du)(du)和下屈(qu)(qu)服强度(du)(du)(du)。通常把下屈(qu)(qu)服点(dian)对(dui)应的应力值(zhi)称为屈(qu)(qu)服强度(du)(du)(du)。


强化阶段(duan):


       经过(guo)屈服阶段后,曲线(xian)(xian)从C点(dian)又开始逐渐(jian)上升,说明要使(shi)应(ying)(ying)变增(zeng)加,必须(xu)增(zeng)加应(ying)(ying)力,材(cai)(cai)料(liao)又恢复了(le)抵抗变形(xing)的(de)(de)能力,这种现象称(cheng)作强(qiang)化(hua),CD段称(cheng)为(wei)强(qiang)化(hua)阶段(加工硬化(hua))。曲线(xian)(xian)最高点(dian)所(suo)对应(ying)(ying)的(de)(de)应(ying)(ying)力值称(cheng)为(wei)材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)抗拉(la)(la)强(qiang)度(强(qiang)度极(ji)限),它(ta)是衡(heng)量材(cai)(cai)料(liao)强(qiang)度的(de)(de)又一个重要指标。强(qiang)度极(ji)限是材(cai)(cai)料(liao)在(zai)整个拉(la)(la)伸过(guo)程中所(suo)能承受(shou)的(de)(de)最大拉(la)(la)力。


颈缩(suo)阶段:


      曲线达到(dao)D点,在(zai)(zai)试样比较(jiao)薄弱(ruo)的(de)某一局部(材(cai)料不均(jun)匀或有(you)缺陷处),变形(xing)显著增加,有(you)效横截面(mian)急剧减小(xiao),出现了颈缩现象。此后,试件的(de)轴向变形(xing)主要集中在(zai)(zai)颈缩处,试件最后在(zai)(zai)颈缩处被拉断(duan)。

屈服强度曲线1

屈服强度曲线2


a是低碳钢的应力-应变曲线,它有锯齿(chi)状的屈服(fu)阶(jie)段,分(fen)上下(xia)屈服(fu),均匀(yun)塑性变形后(hou)产生缩颈,然后(hou)试样(yang)断(duan)裂;


b是中碳钢的应(ying)力-应(ying)变曲线,它有屈服阶段,但波动微小,几乎(hu)成一条直(zhi)线,均匀塑性变形后发生(sheng)缩颈,然后试样断裂;


c是淬火(huo)后低、中温(wen)回火(huo)钢(gang)的应力(li)-应变(bian)曲线,它无(wu)可见的屈服强度(du),均匀(yun)塑性变(bian)形后产(chan)生缩颈,然后试样断裂;


d是铸铁、淬(cui)火钢等较脆材料的应(ying)力-应(ying)变(bian)曲线,它(ta)不(bu)仅(jin)无屈服(fu)强度,而且在产生少(shao)量均匀塑性(xing)变(bian)形后就(jiu)突然断裂。


(4)拉伸试样形状及尺寸

金属拉伸试验

拉伸(shen)试(shi)样的一(yi)般形(xing)状

力学圆形横截面尺寸符号

比例试样尺(chi)寸:


原(yuan)始直径d0:3、5、6、8、10、15、20、25,优先选用(yong)5、10、20mm。


原始标距l0》15mm,短试样(yang)L0=5d0,长试样(yang)l0=10d0

矩形拉伸试验尺寸符号

矩形横截(jie)面(mian)拉伸试样的形状和(he)尺寸符号

力学薄板非比例试样

薄板非比(bi)例试(shi)样

(5)拉伸(shen)试(shi)验前的准备

        取(qu)(qu)(qu)样(yang)部位、取(qu)(qu)(qu)样(yang)方向、取(qu)(qu)(qu)样(yang)数量(liang)是对材(cai)料性(xing)能(neng)试验结果影响较大的三个因素,被称(cheng)为取(qu)(qu)(qu)样(yang)三要素。应(ying)按照相关产品标(biao)准GB/T2975-2018<钢(gang)及钢(gang)产品力(li)学(xue)性(xing)能(neng)取(qu)(qu)(qu)样(yang)位置及试样(yang)制(zhi)备>或(huo)协议的规定(ding)。

 取样(yang)方(fang)法:

        从原材料上直接取(qu)样试(shi)(shi)验(yan);从产品的重要部(bu)位(最薄(bo)弱、最危险的部(bu)位)取(qu)样试(shi)(shi)验(yan);以(yi)实物零件直接试(shi)(shi)验(yan),如钢筋、螺栓(shuan)等(deng);以(yi)浇筑的铸件试(shi)(shi)样直接试(shi)(shi)验(yan)或经(jing)加工成(cheng)试(shi)(shi)样进行试(shi)(shi)验(yan)。

试(shi)样加工:

        防止变形或受热而影响其力学性(xing)能,以切削加(jia)(jia)工(gong)为宜;平行段应光(guang)滑(hua),无加(jia)(jia)工(gong)硬化,无缺口、刀痕、毛刺等缺陷;脆(cui)性(xing)材料加(jia)(jia)持部分与平行段应有(you)较大半径的圆弧(hu)过渡;不经(jing)机加(jia)(jia)工(gong)铸件(jian)试样表面的夹砂、毛刺等必(bi)须加(jia)(jia)以清除(chu)。

试(shi)样检查、标记(ji):

      试(shi)验前应检查试(shi)样外观(guan)是否符合(he)要(yao)求;试(shi)样原始(shi)标距(ju)一般(ban)采用细划(hua)(hua)线(xian)或(huo)墨线(xian)进行标定,所采用的方(fang)法(fa)不能影(ying)响试(shi)样过早断裂;对于特薄(bo)或(huo)脆性材料,可在试(shi)样平(ping)行段内涂上(shang)快干着(zhe)色料,再(zai)轻(qing)轻(qing)划(hua)(hua)上(shang)标线(xian)。

试样的(de)原始横(heng)截面积测量:

        圆(yuan)形截(jie)面(mian)(mian)试(shi)(shi)样:在标距两端(duan)及中间(jian)三处横(heng)截(jie)面(mian)(mian)上相互垂直两个方(fang)向测(ce)量直径,以各(ge)处两个方(fang)向测(ce)量的直径的算数平均值计算横(heng)截(jie)面(mian)(mian)积,取三处测(ce)得横(heng)截(jie)面(mian)(mian)积平均值作(zuo)为试(shi)(shi)样原始横(heng)截(jie)面(mian)(mian)积。

        矩(ju)形(xing)截(jie)面(mian)(mian)试样(yang)(yang):在(zai)标距两端及中(zhong)间三处横截(jie)面(mian)(mian)积(ji)上测量(liang)宽度和(he)厚度,取三处测得横截(jie)面(mian)(mian)积(ji)平(ping)均值作为(wei)试样(yang)(yang)原始横截(jie)面(mian)(mian)积(ji)。

(6)拉伸试验准备

        万(wan)能(neng)(neng)试(shi)(shi)验机是用来针对各(ge)种材料进行仪器设备静载(zai)、拉伸、压缩、弯曲、剪切等力(li)学性(xing)能(neng)(neng)试(shi)(shi)验用的(de)机械加力(li)的(de)试(shi)(shi)验机。万(wan)能(neng)(neng)试(shi)(shi)验机的(de)组成:加载(zai)机构(gou)、加样机构(gou)、记(ji)录(lu)机构(gou)、测力(li)机构(gou)等。标(biao)准《GB/T16491-2008 电子万(wan)能(neng)(neng)试(shi)(shi)验机》。

        夹(jia)持装置(zhi)用于对不同(tong)形状(zhuang)、尺寸(cun)和材质的试(shi)样进行夹(jia)持定位。引伸计用于测(ce)定微小塑性变形的长度(du)测(ce)量仪。

试(shi)验设(she)备校验:

电子万(wan)能试(shi)验(yan)(yan)机:《GB/T 16825.1-2008 静力单(dan)轴(zhou)试(shi)验(yan)(yan)机的(de)检验(yan)(yan) 第1部(bu)分: 拉力和压(ya)力试(shi)验(yan)(yan)机测力系统的(de)检验(yan)(yan)与校准(zhun)》、《GB/T 16825.2-2005 静力单(dan)轴(zhou)试(shi)验(yan)(yan)机的(de)检验(yan)(yan) 第2部(bu)分:拉力蠕变试(shi)验(yan)(yan)机 施(shi)加力的(de)检验(yan)(yan)》

引伸计(ji):《GB/T 12160-2002 单轴试验用(yong)引伸计(ji)的标(biao)定》

拉伸试样流程曲线图

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