材料拉伸實驗-4剖析

1、 材料是在不同的外界條件下使用的，如在載荷、溫度、介質(zhì)、電場等作用下將表現(xiàn)出不同的行為，即材料的使用性能。使用性能。使用性能主要包括：力學(xué)性能力學(xué)性能、物理性能物理性能和化學(xué)性能化學(xué)性能。力學(xué)性能力學(xué)性能是指是指材料在載荷(外力)作用下所表現(xiàn)出的特性。強度：強度：是指材料在外力作用下抵抗變形與斷裂的能力。塑性：是指塑性：是指材料在外力作用下產(chǎn)生塑性變形而不破壞的能力。 通常材料的強度和塑性是根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)(GB6397-86) 規(guī)定進(jìn)行靜拉伸試驗測量得到的。1 材料的強度與塑性材料的強度與塑性工程材料的力學(xué)性能工程材料的力學(xué)性能材料的強度與塑性材料的強度與塑性拉伸試樣拉伸試樣 拉伸過程中試驗機拉

2、伸過程中試驗機自動記錄拉伸過程中拉自動記錄拉伸過程中拉力與伸長量的關(guān)系曲線力與伸長量的關(guān)系曲線（F-L曲線）曲線） =F/S-應(yīng)力；F-軸向拉力；S-試樣原始橫截面積 =L/L0=(L1-L0)/L0-應(yīng)變； L0-試樣標(biāo)距； L1-試樣拉伸后長度 1.彈性變形階段（oe）應(yīng)力應(yīng)力- -應(yīng)變關(guān)系曲線特點（應(yīng)變關(guān)系曲線特點（-曲線）曲線）2.塑性變形階段（eb）3.斷裂點（k） 1.彈性變形階段（oe）應(yīng)力應(yīng)力- -應(yīng)變關(guān)系曲線特點（應(yīng)變關(guān)系曲線特點（-曲線）曲線）直線oe的斜率定義為材料的彈性模量（剛度）EE= / 彈性模量彈性模量E E 反映了材料產(chǎn)生彈性變形的難易程度，保證了材料不發(fā)生過量

3、彈性變形。材料的彈性模量取決于材料本身，合金化、熱處理及冷熱變形對其影響不大。應(yīng)力應(yīng)力- -應(yīng)變關(guān)系曲線特點（應(yīng)變關(guān)系曲線特點（-曲線）曲線）2.塑性變形階段（eb）載荷基本不變的情況下試樣繼續(xù)伸長的現(xiàn)象稱作屈服。 s ： 屈服點屈服點s s ：屈服強度：屈服強度 b：最大應(yīng)力點：最大應(yīng)力點 “縮頸縮頸”b ：抗拉強度：抗拉強度3.斷裂點（k）強度指標(biāo)：強度指標(biāo)：1.彈性極限e ：是指材料由彈性過渡到彈-塑性變形的最大應(yīng)力。2.屈服強度s ：是指材料產(chǎn)生明顯塑性變形時的應(yīng)力。需要注意的是，對于高碳鋼等一些相對脆性的金屬材料往往沒有明顯的屈服平臺，規(guī)定產(chǎn)生0.2%殘余應(yīng)變時所對應(yīng)的應(yīng)力值作為其屈

4、服極限，稱為條件屈服強度，記作0.2。3.抗拉強度b ：是指材料拉伸時所能承受的最大應(yīng)力。塑性指標(biāo)：塑性指標(biāo)：一般用伸長率()或斷面收縮率()來反映材料塑性的好壞。 1.伸長率：伸長率： =(L1-L0)/L02.斷面收縮率：斷面收縮率：=(S0-S1)/S0 a.材料可通過局部塑性變形來削減應(yīng)力峰，緩解應(yīng)力集中，從而防止突然破壞。 b.通過發(fā)生塑性變形和因此引起的形變強化，可提高抵抗過載的能力。 c.如果零件失效前產(chǎn)生塑性變形，由于塑性變形可吸收大量能量，可使失效的破壞性降到最小。 d.好的塑性有利于壓力加工成型工藝。 WE-2000CI型型液壓式萬能試驗機液壓式萬能試驗機 測量方法：靜載壓

5、入法測量方法：靜載壓入法 根據(jù)壓頭和載荷的不同，主要有布氏硬度(HB)、洛氏硬度(HR)和維氏硬度 (HV) 等。定義：硬度定義：硬度反映了材料表面抵抗其他硬物壓入的能力。 意義：意義：硬度能較敏感地反映材料的成分與組織結(jié)構(gòu)的變化，與強度、耐磨性以及工藝性能往往存在一定對應(yīng)關(guān)系，故可用來檢驗原材料和控制冷熱加工質(zhì)量。2 材料的硬度材料的硬度工程材料的力學(xué)性能工程材料的力學(xué)性能 將一定直徑的淬火鋼球或硬質(zhì)合金球，在規(guī)定載荷下壓入被測金屬的表面，并保持一定時間，然后卸除載荷，以金屬表面球形壓痕單位面積上所承受載荷的大小來表示被測金屬材料的硬度。)(2102. 0)(22dDDDFAFHBWHBS

6、布氏硬度：布氏硬度：1900年瑞典工程師布利涅爾（Brinell）提出幾點說明：幾點說明：1.布氏硬度的單位為MPa，一般不標(biāo)出；2.淬火鋼球為壓頭測出的硬度值以HBS表示，適用于硬度值在450以下的材料；硬質(zhì)合金球為壓頭測出的硬度值以HBW表示，適用于硬度值在450-650的材料；3.布氏硬度值要注明鋼球直徑、載荷大小、加載時間。如10mm淬火球在9.81kN（ 1000kgf）載荷下，保持30s測得的布氏硬度值為150時，應(yīng)標(biāo)注為150HBS10/1000/30又如:500HBW5/750表示用5mm的硬質(zhì)合金球在7.335kN （ 750kgf ）載荷作用下保持10-15s測得的布氏硬度

7、值為500。洛氏硬度：洛氏硬度：1919年美國洛克威爾提出。年美國洛克威爾提出。 用錐頂角120的金剛石圓錐體或淬火鋼球作為壓頭，在一定試驗力的作用下，將壓頭壓入試樣表面，經(jīng)規(guī)定的保持時間后，卸除主試驗力，根據(jù)殘余壓痕深度計算被測材料的硬度。洛氏硬度值可直接從硬度計讀取。洛氏硬度的分類洛氏硬度的分類 HRA HRB HRC 壓頭 : 金剛石 直徑直徑 金剛石 圓錐體 1.5875鋼球鋼球 圓錐體 總載荷 /N : 588.37 980.67 1471.07應(yīng)用 ： 高硬度 較軟材料， 淬火鋼 材料，如 如退火鋼， 等硬材料 硬質(zhì)合金 銅鋁等范圍： 60-88HRA 20-100HRB 20-7

8、0HRC 維氏硬度的試驗原理與布氏硬度相同，但維氏硬度試驗是用兩面夾角為136的金剛石四棱錐體作為壓頭。試驗時測出壓痕對角線長度以計算壓痕的表面積，以F/A的數(shù)值表示維氏硬度值。 HV=1.8544F/d2(MPa)維氏硬度載荷小，壓痕深度淺，適應(yīng)于測量較薄的材料或表面硬化層的硬度，所以維氏硬度廣泛用來測定金屬鍍層、薄片金屬以及化學(xué)熱處理后的表面硬度。壓痕面積大，能反映較大范圍的組成的平均性能，數(shù)據(jù)穩(wěn)定，準(zhǔn)確，重復(fù)性強布氏硬度布氏硬度洛氏硬度洛氏硬度維氏硬度維氏硬度優(yōu)點優(yōu)點缺點缺點硬度值可直接讀出，簡便，壓痕小，可在關(guān)鍵表面進(jìn)行實驗。代表性差壓痕清晰，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠，載荷小，壓痕淺，適合薄件、表

9、面層，且軟硬材料均適用，范圍廣。硬度值測定麻煩壓痕直徑測量麻煩，不適于成品、薄件 定義：韌性是指材料在塑性變形和斷裂定義：韌性是指材料在塑性變形和斷裂的全過程中吸收能量的能力，是材料強的全過程中吸收能量的能力，是材料強度和塑性的綜合表現(xiàn)。度和塑性的綜合表現(xiàn)。 衡量材料韌性的力學(xué)性能指標(biāo)稱之為韌度。我們考察較多的是材料的沖擊韌性和斷裂韌性，與之對應(yīng)的力學(xué)性能指標(biāo)為沖擊韌度（k）和斷裂韌度（KIC）。3 材料的韌性材料的韌性工程材料的力學(xué)性能工程材料的力學(xué)性能 定義定義：沖擊韌性是用來評價材料在沖擊載荷作用下的脆斷傾向的，它是指材料在沖擊加載下吸收塑性變形功和斷裂功的能力。沖擊韌度為其力學(xué)性能指標(biāo)

10、，表示單位面積吸收的沖擊功，用一次擺錘沖擊試驗法來測定。（k=Ak /A）沖擊韌性沖擊韌性221/)(cmJAhhGaK 材料內(nèi)部的裂紋往往會導(dǎo)致材料發(fā)生低應(yīng)力脆斷，針對這種情況，通常采用斷裂韌度KIC來評定。 KIC是材料抵抗裂紋失穩(wěn)擴展能力的度量，反映了材料抵抗低應(yīng)力脆斷的能力。 斷裂韌性斷裂韌性KIC=Yca1/2Y-與裂紋形狀及加載方式有關(guān)的量c - 裂紋失穩(wěn)擴展的應(yīng)力，即斷裂應(yīng)力a-材料內(nèi)部裂紋長度的一半材料沖擊韌度的大小除了與材料本身特性，如化學(xué)成分、顯微組織和冶金質(zhì)量有關(guān)外，還受試樣尺寸、缺口形狀、加工粗糙度和實驗環(huán)境等影響材料的斷裂韌度與材料本身的性質(zhì)有關(guān)，與材料的成分、成型工

11、藝有關(guān)；而與裂紋的形狀、尺寸及外應(yīng)力的大小無關(guān)。影響因素影響因素疲勞斷裂的概念疲勞斷裂的概念 零件在交變載荷作用下經(jīng)較長時間工作而發(fā)生突然斷裂的現(xiàn)象(交變載荷交變載荷是指大小、方向隨時間發(fā)生周期性循環(huán)變化的載荷)工程材料的力學(xué)性能工程材料的力學(xué)性能疲勞斷裂的特點疲勞斷裂的特點(1)斷裂時的應(yīng)力遠(yuǎn)低于材料靜載下的抗拉強度，甚至屈服強度, 疲勞斷裂屬低應(yīng)力脆斷。(2)斷裂前無論是韌性材料還是脆性材料均無明顯的塑性變形，是一種無預(yù)兆、突然發(fā)生的斷裂，因此危險性極大。疲勞斷裂的基本過程疲勞斷裂的基本過程(1)裂紋的產(chǎn)生裂紋的產(chǎn)生：由于材料本身的各種缺陷和結(jié)構(gòu)等原因，使零件受力時局部產(chǎn)生應(yīng)力集中，形成疲勞裂紋源，達(dá)到一定條件時