金屬材料力學(xué)性能測試

1、第四章 金屬材料力學(xué)性能測試 4.4 金屬材料扭轉(zhuǎn)時(shí)的力學(xué)性能 4.3 金屬材料壓縮時(shí)的力學(xué)性能 4.2 金屬材料拉伸時(shí)的力學(xué)性能 4.1 概述 4.1 概述 金屬材料在外力作用下所表現(xiàn)出的諸如強(qiáng)度、塑性、彈性等等力學(xué)特性稱為材料的力學(xué)性能，而衡量金屬材料力學(xué)性能的指標(biāo)統(tǒng)稱為力學(xué)（機(jī)械）性能指標(biāo)，這些指標(biāo)是通過實(shí)驗(yàn)來確定的。本章就依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)來討論這些指標(biāo)的意義及測定方法。 4.2 金屬材料拉伸時(shí)的力學(xué)性能 拉伸實(shí)驗(yàn)室是測定材料力學(xué)性能的最常用的一種方法。 按國標(biāo)GB639786金屬材料試驗(yàn)試樣規(guī)定，拉伸試樣分為比例試樣和定標(biāo)距試樣兩種。一、拉伸試樣00LKS 其中 為試樣標(biāo)距， 為試樣橫截面

2、面積，比例系數(shù) ，一般取5.65或11.3，前者稱短試樣，后者稱長試樣。0L0SK1、比例計(jì)算 （1）比例計(jì)算的標(biāo)距和橫截面面積之間存在如下比例關(guān)系，即 4.2 金屬材料拉伸時(shí)的力學(xué)性能 （2）對于圓截面試樣，短長比例試樣的標(biāo)距分別取 和 。05d010d工作部分長度 ，一般不小于 。L0L d （3）圓截面試樣的形狀如圖所示，它分為三個(gè)部分。 4.2 金屬材料拉伸時(shí)的力學(xué)性能 定標(biāo)距試樣的原始標(biāo)距與橫截面間無比例關(guān)系，一般 取 ， 。 0L100mm200mm2、定標(biāo)距試樣 4.2 金屬材料拉伸時(shí)的力學(xué)性能 由于 而均為常量，故兩圖形形狀相同。0P,lAl二、拉伸圖及應(yīng)力應(yīng)變圖下圖為低碳鋼的

3、拉伸圖和應(yīng)力應(yīng)變圖。 4.2 金屬材料拉伸時(shí)的力學(xué)性能三、力學(xué)性能測試 1、具有物理屈服現(xiàn)象的金屬材料，其拉伸曲線的類型有如下一些情況：（一）物理屈服性能指標(biāo) 4.2 金屬材料拉伸時(shí)的力學(xué)性能 無特殊要求的情況下，一般只測量屈服點(diǎn)或下屈服點(diǎn)。0slslFSs l3）下屈服點(diǎn)：su0susuFS2）上屈服點(diǎn)：s0ssFS1）屈 服 點(diǎn)：2、各項(xiàng)物理屈服性能指標(biāo)定義如下： 4.2 金屬材料拉伸時(shí)的力學(xué)性能（二）規(guī)定微量塑性伸長應(yīng)力指標(biāo)（2）逐級施力法（1）圖解法p的兩種測試方法： 定義：試樣標(biāo)距部分的非比例伸長達(dá)到規(guī)定的原始百分比時(shí)的應(yīng)力，這種應(yīng)力是在試樣受力的條件下測定的，它反映材料在拉力作用下

4、抵抗微量塑性變形的抗力。 p1、規(guī)定非比例伸長應(yīng)力 4.2 金屬材料拉伸時(shí)的力學(xué)性能r2、規(guī)定殘余伸長應(yīng)力r的測試方法 定義：試樣卸力后，其標(biāo)距部分的殘余伸長達(dá)到規(guī)定的原始標(biāo)距百分比時(shí)的應(yīng)力。這種應(yīng)力是在卸力后測定的。 4.2 金屬材料拉伸時(shí)的力學(xué)性能3、關(guān)于 和 的幾點(diǎn)說明pr1）一般可將 （或 ）作為條件比例極限，將 （或 ）作為屈服強(qiáng)度。0.01p0.01r0.2p0.2r 4.2 金屬材料拉伸時(shí)的力學(xué)性能2）對于同一試樣而言，在規(guī)定伸長率相同的條件下， 和 一般并不相同。前者是在試驗(yàn)力作用下測定的，其非比例伸長包括滯彈性伸長和塑性伸長兩部分，而后者是在卸力之后測定的，滯彈性伸長已隨試驗(yàn)

5、力卸除而消失，甚至隨著時(shí)間的延長，其塑性伸長由于加力時(shí)的不均勻塑性變形所產(chǎn)生的殘余應(yīng)力的反作用，也消失一部分，在拉伸曲線上為卸力線不平行于加力線的線彈性段，而是朝向原點(diǎn)方向微彎。rp 4.2 金屬材料拉伸時(shí)的力學(xué)性能 4.2 金屬材料拉伸時(shí)的力學(xué)性能3）若材料的 、 差別不大，或?qū)y試法無要求時(shí)，此時(shí)也就不必區(qū)分 和 而統(tǒng)一成 。pr0.2p0.2r0.2t4、規(guī)定總伸長應(yīng)力（2）引伸計(jì)法（1）圖解法2）測試方法：1）定義：試樣標(biāo)距部分的總伸長達(dá)到規(guī)定的原始標(biāo)距百分比時(shí)的應(yīng)力。規(guī)定總伸長與規(guī)定非比例伸長之間相差彈性比例伸長。 4.2 金屬材料拉伸時(shí)的力學(xué)性能（2）一般中、低強(qiáng)度鋼可用 等效 。

6、0.5t0.3p（1）規(guī)定總伸長與規(guī)定非比例伸長之間相差彈性比例伸長。3）關(guān)于 的幾點(diǎn)說明t 4.2 金屬材料拉伸時(shí)的力學(xué)性能00100%kLLL式中： ：試樣斷后標(biāo)距長度（mm）kL（三）材料的塑性指標(biāo)及其測定0L ：試樣原始標(biāo)距長度。1）定義：試樣拉斷后，其標(biāo)距部分的伸長與原始標(biāo)距的百分比。1、斷后伸長率 4.2 金屬材料拉伸時(shí)的力學(xué)性能2、移位法。1、直測法。12LABBC11LABBCBC2） 的測定方法 4.2 金屬材料拉伸時(shí)的力學(xué)性能3）試樣尺寸對 的影響說明 對于塑性材料，斷裂前變形集中在縮頸處，距離斷口位置越遠(yuǎn)，變形越小。因此，斷口在標(biāo)距間的位置對延伸率 是有影響的。也就是說試

7、樣斷裂后的塑性變形 可分為兩部分：kl1、頸縮出現(xiàn)前的均勻伸長 。l2、頸縮出現(xiàn)后的局部伸長 。ll 其中 與原始的標(biāo)距長度 有關(guān)； 與原始橫截面面積 有關(guān)。l0A0L 4.2 金屬材料拉伸時(shí)的力學(xué)性能00kllllA00000lAAll005.65lA矩形試樣的短試樣0011.3lA矩形試樣的長試樣005ld圓試樣的短試樣0010ld圓試樣的長試樣00A /l 因此為了同材料得到相同的斷后伸長率必須使 常數(shù)，因此有有關(guān)系式： 4.2 金屬材料拉伸時(shí)的力學(xué)性能1) 的定義：試樣拉斷后，頸縮處橫截面面積的最大縮減量與原始橫截面面積的百分比。010100%SSS2、斷后收縮率2） 的測定1S 為試

8、樣斷裂后，頸縮處最細(xì)部分的橫截面面積。0S式中： 為試樣原始橫截面面積； 4.2 金屬材料拉伸時(shí)的力學(xué)性能1） 的定義：指材料拉伸時(shí)，應(yīng)力應(yīng)變在線形比例范圍內(nèi)，應(yīng)力與應(yīng)變之比。即EE2） 的測定方法E（四）材料的彈性指標(biāo)及其測定2、擬合法1、 作圖法E1、彈性模量 （又稱楊氏模量） 4.2 金屬材料拉伸時(shí)的力學(xué)性能2、弦線模量與切線模量 對于拉伸過程中無明顯線彈性變形階段的材料，無法用彈性直線段的斜率來確定，這時(shí)一般可采用弦線模量或切線模量，即用材料彈性變形曲線的割線或切線的斜率來表達(dá)其彈性模量（參見GB865388） 4.2 金屬材料拉伸時(shí)的力學(xué)性能|3、泊松比2、擬合法1、作圖法2） 的測

9、定為軸向應(yīng)變。式中： 為橫向應(yīng)變；1）定義：材料在軸向拉伸過程中，在線彈性變形范圍內(nèi)橫向應(yīng)變與軸向應(yīng)變之比 4.2 金屬材料拉伸時(shí)的力學(xué)性能（五）拉伸時(shí)的斷口分析低碳鋼鑄鐵 4.2 金屬材料拉伸時(shí)的力學(xué)性能 4.3 金屬材料壓縮時(shí)的力學(xué)性能 材料壓縮與拉伸的主要差別在于載荷變形曲線，塑性及斷裂形式等。圖為金屬材料的壓縮曲線。一、壓縮與拉伸的比較bc 曲線1為脆性材料壓縮曲線，斷裂點(diǎn)的應(yīng)力即為抗壓強(qiáng)度極限 。脆性材料壓縮斷裂形狀如圖。 曲線2為塑性材料的壓縮曲線，可見隨著載荷的加大，壓縮變形加大，但不斷裂，因此得不到其抗壓強(qiáng)度。壓縮破壞形式為 4.3 金屬材料壓縮時(shí)的力學(xué)性能二、壓縮試樣0(1

10、2)Ldbc用于測0(2.5 3.5)Ld,pctcscbc用于測0(5 8)Ld0.01,pccE用于測 壓縮試樣常采用圓柱形或正方形，圖為圓柱形試樣。 4.3 金屬材料壓縮時(shí)的力學(xué)性能0pcpcPS三、壓縮力學(xué)性能測試、定義：規(guī)定非比例壓縮應(yīng)力為壓縮時(shí)，非比例壓縮變形達(dá)到規(guī)定的原始標(biāo)距百分比時(shí)的應(yīng)力：（一）規(guī)定非比例壓縮應(yīng)力 4.3 金屬材料壓縮時(shí)的力學(xué)性能）逐次逼近法：若力變形曲線無明顯的彈性直線段，則采用逐次逼近法。（參見國標(biāo)）作圖法、測定方法： 4.3 金屬材料壓縮時(shí)的力學(xué)性能（二）規(guī)定總壓縮應(yīng)力的測定、定義：試樣壓縮時(shí)，其標(biāo)距的總壓縮變形（彈性和塑性變形之和）達(dá)到規(guī)定的原始標(biāo)距百分

11、比時(shí)的應(yīng)力，即為規(guī)定總壓縮應(yīng)力 。tc 4.3 金屬材料壓縮時(shí)的力學(xué)性能 在繪制的力變形圖上，自原點(diǎn)起，在變形軸上取 段 ，過 點(diǎn)作與力軸平行的 線交曲線于 點(diǎn)，其對應(yīng)的力 即為所測定的規(guī)定總壓縮應(yīng)力 。OD0()tcODl nDDMMtcP作圖法、測定方法: 4.3 金屬材料壓縮時(shí)的力學(xué)性能0scscFSscF 作圖法：在力變形圖上判讀 ，則、測試方法sc、定義：試樣壓縮時(shí)，當(dāng)達(dá)到力不再增加而仍然繼續(xù)變形所對應(yīng)的應(yīng)力即為壓縮屈服點(diǎn) 。（三）壓縮屈服點(diǎn) 的測定sc 4.3 金屬材料壓縮時(shí)的力學(xué)性能 將試樣壓至破壞，從力變形圖上確定最大實(shí)際壓縮力 ，或從測力盤上讀取最大值 ，按公式計(jì)算：bcFb

12、cF0bcbcFSbc（四）抗壓強(qiáng)度 的測定bc、 的測定bc、定義：試樣壓縮至破壞過程中的最大應(yīng)力即抗壓強(qiáng)度 。 4.3 金屬材料壓縮時(shí)的力學(xué)性能（五）壓縮彈性模量 的測定cEcE、定義：壓縮時(shí)，應(yīng)力應(yīng)變呈線性掛稀釋的應(yīng)力與應(yīng)變的比值即為 。 4.3 金屬材料壓縮時(shí)的力學(xué)性能（）若無彈性直線段，在沒有其他規(guī)定的條件下，采用逐級逼近法（參見國標(biāo)GB731487）（）作圖法00()()KJcKJFF LELLL、測定方法： 在力變形曲線圖上，取彈性直線段上的兩點(diǎn) ；按公式計(jì)算：J,K 4.3 金屬材料壓縮時(shí)的力學(xué)性能 4.4 金屬材料扭轉(zhuǎn)時(shí)的力學(xué)性能 試樣主要采用圓形截面，推薦直徑 為 ，標(biāo)距分

13、別為 、 ，平行長度 相應(yīng)為 、 ，若為其他尺寸的直徑則 。d10mm50mm100mmcL70mm120mm002cLLd一、扭轉(zhuǎn)試件3、試樣外表面變形均勻且相等。2、塑性變形沿試樣的徑向由小至大連續(xù)分布；1、試樣的長度和橫截面直徑保持不變；試樣在開始變形直至破壞，有以下特點(diǎn)：二、試驗(yàn)過程分析 4.4 金屬材料扭轉(zhuǎn)時(shí)的力學(xué)性能1、定義：試樣扭轉(zhuǎn)時(shí)，其標(biāo)距部分外表面上的非比例剪應(yīng)變達(dá)到規(guī)定數(shù)值 時(shí)，按彈性扭轉(zhuǎn)公式計(jì)算的剪應(yīng)力即為規(guī)定非比例扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 。例如：一般用 分別作為“條件扭轉(zhuǎn)比例極限”和“扭轉(zhuǎn)屈服強(qiáng)度”。pp0.015p（）逐級加載法（）圖解法、測試方法：三、扭轉(zhuǎn)力學(xué)性能測試（一）規(guī)定非

14、比例扭轉(zhuǎn)應(yīng)力的測定 4.4 金屬材料扭轉(zhuǎn)時(shí)的力學(xué)性能（）屈服點(diǎn)：在扭轉(zhuǎn)曲線上出現(xiàn)屈服平臺時(shí)對應(yīng)的應(yīng)力扭矩 ，按彈性扭轉(zhuǎn)應(yīng)力公式計(jì)算的切應(yīng)力 。sTc（二）扭轉(zhuǎn)屈服性能指標(biāo)、定義： 4.4 金屬材料扭轉(zhuǎn)時(shí)的力學(xué)性能 4.4 金屬材料扭轉(zhuǎn)時(shí)的力學(xué)性能（2）上屈服點(diǎn)：扭轉(zhuǎn)曲線上首次發(fā)生下降的最大扭矩 ，按彈性扭轉(zhuǎn)應(yīng)力公式計(jì)算剪應(yīng)力 。suTsuslTsl（3）下屈服點(diǎn)：扭轉(zhuǎn)曲線上的屈服階段中最小扭矩 ，按彈性扭轉(zhuǎn)應(yīng)力公式計(jì)算的剪應(yīng)力 。2、測試方法（2）指針法（1）圖解法 4.4 金屬材料扭轉(zhuǎn)時(shí)的力學(xué)性能bbTW（三）扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度的測定2、測定方法（按定義做即可）bTb1、定義：試樣扭斷前承受的最大扭矩 ，按彈性扭轉(zhuǎn)公式計(jì)算的試樣表面最大切應(yīng)力 。 4.4 金屬材料扭轉(zhuǎn)時(shí)的力學(xué)性能max（四）最大非比例剪應(yīng)變max1、定義：試樣扭斷時(shí)，其外表面上的最大非比例剪應(yīng)變，即為最大非比例剪應(yīng)變以 表示。 4.4 金屬材料扭轉(zhuǎn)時(shí)的力學(xué)性能公式中： 為試樣直徑。d為試樣標(biāo)距范圍的最大扭轉(zhuǎn)角。max為試樣eL按公式：maxmax()2edarctgL（1）圖解法2、測定方法