力學(xué)性能基礎(chǔ)知識(shí)課件

力學(xué)檢驗(yàn)基礎(chǔ)知識(shí)力學(xué)檢驗(yàn)基礎(chǔ)知識(shí)

概述金屬材料具有各種不同的使用性能，在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用。金屬材料的力學(xué)性能是指材料在外加載荷（外力或能量）作用下或載荷與環(huán)境因素（溫度、介質(zhì)和加載速率）聯(lián)合作用下所表現(xiàn)的行為。最常用、最基本的力學(xué)性能試驗(yàn)方法是拉伸試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)和彎曲試驗(yàn)。概述金屬材料具有各種不同的使用性能，在工業(yè)生產(chǎn)中得到第1章金屬拉伸試驗(yàn)拉伸試驗(yàn)是材料力學(xué)性能中最常見最典型的試驗(yàn)方法。試驗(yàn)中的彈性變形、塑形變形、斷裂等階段真實(shí)地反映了材料抵抗外力作用的全過(guò)程。它可以測(cè)定金屬材料的彈性、塑形、強(qiáng)度、韌性及硬化指數(shù)等許多重要性能指標(biāo)，其中屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、斷后伸長(zhǎng)率是評(píng)定金屬材料及加工工藝的重要參數(shù)。外力去除后，能恢復(fù)的變形稱為彈性變形，不能恢復(fù)的為塑形變形外力作用下抵抗永久變形和斷裂的能力稱為強(qiáng)度,是由應(yīng)力值來(lái)量化表示的材料變形的能力

材料在彈性變形、塑形變形、斷裂過(guò)程中吸收能量的能力第1章金屬拉伸試驗(yàn)拉伸試驗(yàn)是材料力學(xué)性能中最常見最典型的試應(yīng)力與應(yīng)變

拉伸力與試樣原始截面積的比值被定義為工程應(yīng)力，即：拉伸時(shí)試樣長(zhǎng)度方向特定標(biāo)距下的伸長(zhǎng)量與原始標(biāo)距的比值定義為應(yīng)變，即：

所謂的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度就是一個(gè)應(yīng)力值應(yīng)力與應(yīng)變拉伸力與試樣原始截面積的比值被定義為工程應(yīng)力，即各種拉伸曲線高強(qiáng)鋼：沒有明顯屈服如JB700JB800低碳鋼、低合金鋼拉伸過(guò)程不穩(wěn)定材料：材料內(nèi)部雜質(zhì)或夾頭打滑造成沒有頸縮，在均勻變形過(guò)程中斷裂，如鋁各種拉伸曲線高強(qiáng)鋼：沒有明顯屈服如JB700JB800低

拉伸曲線

彈性變行階段ocoa符合虎克定律，即應(yīng)力和應(yīng)變成線性關(guān)系。保持直線關(guān)系的最大應(yīng)力稱為比例極限。ab段應(yīng)力和應(yīng)變不完全成正比，但變形仍是彈性的。超過(guò)b點(diǎn)后，出現(xiàn)微量的塑性變形。開始產(chǎn)生微量塑性變形的應(yīng)力稱為彈性極限。

認(rèn)識(shí)彈性段的一個(gè)目的在于找到正確的彈性斷起始點(diǎn)，以便準(zhǔn)確的找到規(guī)定非比例強(qiáng)度，Rp0.2拉伸曲線彈性變行階段oc認(rèn)識(shí)彈性段的一個(gè)目

拉伸曲線

屈服階段cd超過(guò)彈性極限，有的材料在塑性變形的初期產(chǎn)生明顯的塑性流動(dòng)。即力不增加、增加很小或略有下降的情況下變形大量產(chǎn)生，拉伸圖上出現(xiàn)平臺(tái)或鋸齒形，試樣表向出現(xiàn)滑移帶，這種現(xiàn)象叫做屈服。屈服階段的最小應(yīng)力稱為屈服應(yīng)力拉伸曲線屈服階段cd拉伸曲線均勻變形階段（de段）屈服后繼續(xù)變形，必須不斷增加載荷。此階段的塑性變形是均勻的，稱為均勻變形階段。這種隨塑性變形增大，變形抗力不斷增加的現(xiàn)象稱為應(yīng)變硬化，也叫做加工硬化。當(dāng)載荷達(dá)到最高點(diǎn)e時(shí)，所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力稱為強(qiáng)度極限或抗拉強(qiáng)度拉伸曲線均勻變形階段（de段）

拉伸曲線

斷裂階段ef當(dāng)載荷達(dá)到最高點(diǎn)后，試樣的一部分截面開始急劇縮小，出現(xiàn)了“縮頸”現(xiàn)象，載荷下降，變形增大直至斷裂。變形主要集中在縮頸附近，稱為局部變形階段。

拉伸曲線斷裂階段ef測(cè)量原始橫截面積

圓形橫截面面積矩形橫截面面積寬厚都取最小值測(cè)量原始橫截面積圓形橫截面面積矩形橫截面面積寬厚都取最強(qiáng)度指標(biāo)的測(cè)定

屈服強(qiáng)度:對(duì)有明顯屈服現(xiàn)象的材料，應(yīng)測(cè)定其上、下屈服強(qiáng)度；無(wú)明顯屈服現(xiàn)象的材料，按要求（一般為0.2%）測(cè)定規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度或規(guī)定殘余延伸強(qiáng)度。材料的實(shí)際使用極限強(qiáng)度指標(biāo)的測(cè)定屈服強(qiáng)度:對(duì)有明顯屈服現(xiàn)象的材料，應(yīng)區(qū)分上下屈服一般選用下屈服點(diǎn)作為標(biāo)準(zhǔn)值，因?yàn)橄虑c(diǎn)是一個(gè)穩(wěn)定屈服過(guò)程，但包括船板在內(nèi)的一些鋼種已經(jīng)以上屈服為標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)區(qū)分上下屈服一般選用下屈服點(diǎn)作為標(biāo)準(zhǔn)值，因?yàn)橄虑c(diǎn)是一個(gè)規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度在曲線上，作一條與曲線的彈性直線段部分平行的直線，在延伸軸上，此直線與彈性直線段的距離為OC。做出的直線與曲線的交截點(diǎn)即為所求的規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度的力值，將它除以試樣的原始截面積,就得到規(guī)定的非比例延伸強(qiáng)度如Rp0.2。規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度在曲線上，作一條與曲線的彈性直線段部分平行抗拉強(qiáng)度

從拉伸圖上找出試驗(yàn)過(guò)程中的最大力值（對(duì)于有屈服的材料屈服階段之前不計(jì)），如圖所示；或是得出最大力后將其除以試樣截面積即得到抗拉強(qiáng)度?？估瓘?qiáng)度從拉伸圖上找出試驗(yàn)過(guò)程中的最大力值（對(duì)于有屈服的材塑性指標(biāo)的測(cè)定

斷面收縮率將試樣斷裂部分仔細(xì)地配接在一起，使其軸線處于同一直線上。對(duì)于圓形橫截面試樣，在頸縮最小處相互垂直的方向測(cè)量直徑，取其算數(shù)平均值計(jì)算最小橫截面積；對(duì)于矩形橫截面試樣，測(cè)量頸縮處的最大寬度和最小厚度，兩者乘積為斷后最小橫截面積。原始橫截面積與斷后最小橫截面積之差除以原始橫截面積得到的百分比即為斷面收縮率。塑性指標(biāo)的測(cè)定斷面收縮率將試樣斷裂部分仔細(xì)地配接在一起，使斷后伸長(zhǎng)率K值

國(guó)標(biāo)規(guī)定只有斷在原始標(biāo)距1/3以內(nèi)才有效，但斷后伸長(zhǎng)率附和規(guī)定值要求的不管斷在何處都有效。

通常K取5.65稱為短比例試樣，K取11.3為長(zhǎng)比例試樣斷后伸長(zhǎng)率K值通常K取5.65稱為短比例試樣，K取11.3為斷后伸長(zhǎng)率移法位本質(zhì)就是把長(zhǎng)斷樣部分的伸長(zhǎng)，等效到短斷樣一端斷后伸長(zhǎng)率移法位本質(zhì)就是把長(zhǎng)斷樣部分的伸長(zhǎng)，等效到短斷樣一端最大力總伸長(zhǎng)率和最大力非比例延伸率

在力-延伸曲線圖上測(cè)定最大力時(shí)的總延伸，見圖所示，將總延伸除以引伸計(jì)標(biāo)距即得到最大力總伸長(zhǎng)率。從最大力總延伸中扣除彈性延伸部分，即得到最大力時(shí)的非比例延伸率，將其除以引伸計(jì)標(biāo)距就得到最大力非比例伸長(zhǎng)率。最大力總伸長(zhǎng)率和最大力非比例延伸率在力-延伸曲線圖上測(cè)定最力學(xué)性能基礎(chǔ)知識(shí)課件鋼筋最大力總延伸率的測(cè)定方法鋼筋最大力總延伸率的測(cè)定方法

數(shù)據(jù)修約

數(shù)據(jù)的進(jìn)舍規(guī)則可概括為“四舍六入五單雙”。具體說(shuō)明如下：8.1在擬舍棄的數(shù)字中，若左邊第一個(gè)數(shù)字小于5（不包括5）時(shí)，則舍去，即所擬保留的末位數(shù)字不變。例如，將13.346修約到保留一位小數(shù)，得13.3。8.2在擬舍棄的數(shù)字中，若左邊第一個(gè)數(shù)字大于5(不包括5)時(shí)，則進(jìn)1，即擬保留的末位數(shù)字加1。例如，將52.463修約到只保留一位小數(shù)，得52.5。8.3在擬舍棄的數(shù)字中，若左邊第一個(gè)數(shù)字等于5，其右邊的數(shù)字并非全部為零時(shí)，則進(jìn)1，即所擬保留的末位數(shù)字加1。例如，將2.1502修約到只保留一位小數(shù)，得2.2。數(shù)據(jù)修約數(shù)據(jù)的進(jìn)舍規(guī)則可概括為“四舍六入五單雙”8.4在擬舍棄的數(shù)字中，若左邊第一個(gè)數(shù)字等于5，其右邊無(wú)數(shù)字或數(shù)字都是零時(shí)，所擬保留的末位數(shù)字若為奇數(shù)則進(jìn)1，若為偶數(shù)（包括0）則舍棄。例如，將下列數(shù)字修約到只保留一位小數(shù)。修約前0.450.7502.05003.15修約后0.40.82.03.28.5所擬舍棄的數(shù)字若為兩位數(shù)字以上時(shí)，不得連續(xù)進(jìn)行多次修約，應(yīng)根據(jù)所擬舍棄數(shù)字中左邊第一個(gè)數(shù)字的大小，按上述規(guī)則一次修約處結(jié)果。例如，將17.4548修約成整數(shù)。正確的做法是：17.4548→17不正確的做法是：17.4548→17.455→17.46→17.5→188.4在擬舍棄的數(shù)字中，若左邊第一個(gè)數(shù)字等于5，其右邊無(wú)對(duì)于非整數(shù)單位修約，例如，伸長(zhǎng)率為26.25%和25.75%，修約后都是26.0%對(duì)于非整數(shù)單位修約，例如，伸長(zhǎng)率為26.25%和25.75%

影響拉伸試驗(yàn)結(jié)果的主要因素

試樣形狀尺寸及表面粗糙度的影響上屈服受形狀影響較大，板材的伸長(zhǎng)率比圓棒試樣小試樣裝夾的影響易產(chǎn)生彎曲力，一般使結(jié)果偏大試驗(yàn)速度的影響試驗(yàn)速度對(duì)彈性影響不大，對(duì)屈服提高多，對(duì)強(qiáng)度提高少，提高屈強(qiáng)比影響拉伸試驗(yàn)結(jié)果的主要因素試樣形狀尺寸及表面粗糙度的影第2章金屬夏比沖擊試驗(yàn)金屬材料在使用過(guò)程中除要求有足夠的強(qiáng)度和塑形外，還要求有足夠的韌性。所謂韌性，就是材料在彈性變形、塑形變形、斷裂過(guò)程中吸收能量的能力。韌性好的材料在服役條件下不至于突然發(fā)生脆性斷裂，從而使安全得到保證。濟(jì)鋼技術(shù)監(jiān)督處中心物理室第2章金屬夏比沖擊試驗(yàn)金屬材料在使用過(guò)程中除25韌性分為靜力韌性、沖擊韌性和斷裂韌性，其中夏比沖擊試驗(yàn)是評(píng)價(jià)沖擊韌性的最常用的實(shí)驗(yàn)方法。沖擊載荷與靜載荷（如拉伸）的主要區(qū)別在于加載的速度不同，拉伸速度一般在10的-2次方至10的-4次方（相對(duì)變形速度），沖擊速度為10的2次方至10的4次方。濟(jì)鋼技術(shù)監(jiān)督處中心物理室韌性分為靜力韌性、沖擊韌性和斷裂韌性，其中夏比沖擊試驗(yàn)是評(píng)價(jià)26

沖擊試驗(yàn)原理夏比沖擊試驗(yàn)是將具有規(guī)定形狀、尺寸和缺口類型的試樣，放在沖擊試驗(yàn)機(jī)的試樣支座，使之處于簡(jiǎn)支架狀態(tài)。然后用規(guī)定高度的擺錘對(duì)試樣進(jìn)行一次性打擊。實(shí)質(zhì)就是通過(guò)能量轉(zhuǎn)換過(guò)程，測(cè)量試樣在這種沖擊下折斷時(shí)所吸收的功。濟(jì)鋼技術(shù)監(jiān)督處中心物理室沖擊試驗(yàn)原理夏比沖擊試驗(yàn)是將具有規(guī)定形狀、尺寸和缺口類型的27沖擊試樣與試驗(yàn)設(shè)備沖擊試樣的標(biāo)準(zhǔn)試樣長(zhǎng)度為55mm，橫截面為10mm×10mm方形截面。在試樣中間有V型或U型缺口。如試料不夠制備標(biāo)準(zhǔn)尺寸試樣，可使用寬度7.5mm、5mm或2.5mm的小尺寸試樣。擺錘刀刃半徑應(yīng)為2mm和8mm兩種。試樣應(yīng)緊貼試驗(yàn)機(jī)砧座，擺刃沿缺口對(duì)稱面打擊試樣缺口的背面，試樣缺口對(duì)稱面偏離兩砧座間的中點(diǎn)應(yīng)不大于0.5mm。濟(jì)鋼技術(shù)監(jiān)督處中心物理室沖擊試樣與試驗(yàn)設(shè)備沖擊試樣的標(biāo)準(zhǔn)試樣28試驗(yàn)過(guò)程

試驗(yàn)前應(yīng)檢查擺錘空打時(shí)的空載能耗。當(dāng)使用液體介質(zhì)冷卻試樣時(shí)，應(yīng)連續(xù)均勻攪拌介質(zhì)使溫度均勻。介質(zhì)溫度應(yīng)在規(guī)定溫度±1℃以內(nèi)，至少保持5分鐘。對(duì)試驗(yàn)溫度200℃的試驗(yàn)，試樣應(yīng)在規(guī)定溫度±5℃以內(nèi)的高溫裝置內(nèi)保持20分鐘。當(dāng)試樣不在室溫下進(jìn)行時(shí)，試樣從高溫或低溫裝置中移出至打斷的時(shí)間不大于5秒。由于沖擊試驗(yàn)結(jié)果比較離散，一般對(duì)每一種材料試驗(yàn)是試樣數(shù)量不少于3個(gè)。讀取每個(gè)試樣的沖擊吸收能量，應(yīng)至少估讀到0.5J。濟(jì)鋼技術(shù)監(jiān)督處中心物理室試驗(yàn)過(guò)程試驗(yàn)前應(yīng)檢查擺錘空打時(shí)的空載能耗。濟(jì)鋼技術(shù)監(jiān)督處中29

沖擊試驗(yàn)值的判定

夏比沖擊試驗(yàn)結(jié)果，沖擊功按一組三個(gè)試樣算術(shù)平均值計(jì)算，允許其中一個(gè)試樣單值低于規(guī)定值，但不得低于規(guī)定值的70%。當(dāng)試驗(yàn)結(jié)果不符合規(guī)定值時(shí)，應(yīng)從同一張批鋼板再取三個(gè)試樣進(jìn)行復(fù)驗(yàn)。初復(fù)驗(yàn)結(jié)果的六個(gè)數(shù)值的平均值應(yīng)不低于規(guī)定值，允許其中兩個(gè)試樣低于規(guī)定值但低于規(guī)定值70%的試樣只允許一個(gè)。濟(jì)鋼技術(shù)監(jiān)督處中心物理室沖擊試驗(yàn)值的判定夏比沖擊試驗(yàn)結(jié)果，沖擊功按一組三個(gè)試樣算30

影響沖擊性能測(cè)定的主要因素

試驗(yàn)環(huán)境溫度與沖擊試樣定位與材料有關(guān)的因素夾雜，偏析，裂紋，冶金和熱加工缺陷與樣品取樣和制備有關(guān)的因素縱向試樣數(shù)值高，缺口加工質(zhì)量不好性能下降，試樣尺寸試驗(yàn)機(jī)精度

濟(jì)鋼技術(shù)監(jiān)督處中心物理室影響沖擊性能測(cè)定的主要因素試驗(yàn)環(huán)31第3章金屬?gòu)澢囼?yàn)

彎曲試驗(yàn)也是生產(chǎn)上常用的一種方法，主要用來(lái)檢驗(yàn)材料在受彎曲載荷作用時(shí)的抗彎強(qiáng)度以及塑形變形的大小。彎曲試驗(yàn)和拉伸試驗(yàn)相比，能明顯地顯示脆性材料或低塑性材料的塑性。彎曲試驗(yàn)時(shí)，試樣橫截面上的應(yīng)力應(yīng)變分布不均，表面的應(yīng)力應(yīng)變最大，可以較明顯的反映材料的表面缺陷情況，常用來(lái)檢查鋼材的表面質(zhì)量。為什么現(xiàn)在彎曲試驗(yàn)的量這么小呢？

完全的脆性材料或表面不好的鋼材不會(huì)太多，因此只在認(rèn)證、特殊鋼種或彎心較小的情況下應(yīng)用的多第3章金屬?gòu)澢囼?yàn)彎曲試驗(yàn)也是生產(chǎn)上常用的一種方32支輥間距離的選擇支輥間距離的選擇33

如不能直接達(dá)到規(guī)定的彎曲角度或彎心半徑達(dá)不到的