工艺技术-力学性能试验培训课件(ppt 81页)

力学性能试验培训 1.金属韧性 2.金属工艺性能 Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM * Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM 2 1.金属的韧性 定义：金属在断裂前吸收变形能量的能 力。 分类：静力韧性、冲击韧性、断裂韧性 。 金属韧性通常随加载速度提高、温度降 低、应力集中程度加剧而减少。 材料的冲击韧度不光取决于材料本身的 内在因素。 * Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM 3 冲击试验标准 GB/T229-1994 金属夏比缺口冲 击试验 方法 eqvIS01482-1983 IS0832-1976 代替 GB/T229-84 GB2106-80 GB4159-84 GB5775-86 GB/T12788 金属夏比冲击断口测定方法 GB/T4158 金属艾氏冲击试验方法 * Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM 4 适用范围和试验原理 适用范围：本标准适用于温度在 -192 1000 范围内金属夏比 V型缺口和 U型缺口 试样的冲击试验。 其他类型缺口及无缺口试样的冲击试验可 参考本标准。 试验 原理：用 规 定高度的 摆锤对处 于 简 支梁状 态 的缺口 试样进 行一次性打 击 ,测 量 试样 折断 时 的冲 击 吸收功。 * Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM 5 冲击试验的应用 作为韧性指标，为设计选材和研制新型 材料提供依据 检查和控制冶金产品质量 监督热加工工艺质量 评定材料在不同温度下的脆性转化趋势 确定应变时效敏感性 缺口敏感性指标。 * Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM 6 术语及定义 冲 击 吸收功： 规定形状和尺寸的试样在冲击试 验力一次作用下折断时所吸收的功 脆性断面率：脆性断口面 积 占 试样 断口 总 面 积 的百分率 冲 击 吸收功 -温度曲 线 ：在一系列不同温度的冲 击试验 中，冲 击 吸收功与 试验 温度的关系曲 线 韧脆转变温度：在 一系列不同温度的冲 击试验 中，冲 击 吸收功急 剧变 化或断口 韧 性急 剧转变 的温度区域 * Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM 7 试验设备 冲 击试验 机打 击 能量： 30OJ和 150J 打 击 速度： 5.0 5.5m/s。 试验 机的 试样 支座及 摆锤 刀刃尺寸 试验 机的并定期 检 定 温度控制装置：温度 稳 定在土 2 之内 。 恒温槽容量和介 质 。 温度 测 量精度 200 空气加热 200 35 高温油 ”； 其他情况则应注明 “未折断 ”。 冲击吸收功应至少保留两位有效数字 * Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM 19 冲击吸收功结果判定 第一次测试合格判据 n 3个试样冲击功平均值 标准值 n 小于标准值的试样最多一个 n 每个单个试验值不小于标准值的 70% 。 复试合格判据 n 6个试样冲击功平均值 标准值 n 冲击功低于标准值的试样不超过 2个 n 冲击功低于标准值 70% 的试样不超过 1个 * Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM 20 材料最低转变温度试验 确定材料试验值等于标准值的温度 n 在高于和低于预计转变温度附近每个温度试验一个试样，记录 每个温度到 0.5C n 作出冲击吸收功或剪切断面率 -温度曲线 n 用内插法求出规定值对应的温度，精确到 3C 如所求温度等于或低于规定值，则结果合格 如所求温度高于规定值，但不超过 12C，重复 进行两次试验，如两次试验所求温度等于或低于 规定值，则结果合格 * Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM 21 金属冷脆现象及韧脆转变温度 ttk c s s t1t2 * Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM 22 韧脆转变温度确定方法 (1) 冲 击 吸收功 -温度曲 线 上平台与下平台 区 间规 定百分数 (n)所 对应 的温度 ,用 ETTn表示 (如 ETT50)。 脆性断面率一一温度曲 线 中 规 定脆性断 面率 (n)所 对应 的温度 ,用 FATTn表示 (如 FATT50， FATT90)。 侧 膨 胀值 -温度曲 线 上平台与下平台 区 间 某 规 定 侧 膨 胀值 所 对应 的温度 ,用 LETT表示。 * Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM 23 韧脆转变温度确定方法 (2) 规定冲击吸收功所对应的温度（ ASTMA370， DIN50115） 达到上平台冲击功规定百分率（如 50 ）所对应的温度（ DIN50115） * Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM 24 * Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM 25 * Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM 26 冲击试样断口纤维断面率 * Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM 27 冲击试验的影响因素 化学成分 金相组织 取样方向 试验温度 材料缺陷 试样形状 表面质量 缺口位置 * Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM 28 取样方向 轧锻板材 n 纵向试样 n 横向试样 n 长横向： LT n 短横向： ST（ Z向） 圆形锻件 n 径向试样 n 切向试样 n 轴向试样 * Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM 29 * Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM 30 * Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM 31 冲击试验的误差 吸收功弹性功塑性功断裂功试 样掷出机座振动空气阻力摩擦损 耗 试样加工 打击中心对正 温度 * Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM 32 * Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM 33 总功相同韧性不同 * Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM 34 缺口深度对冲击性能的影响 深度 /mm 高能量样 /J 中能量样 /J 低能量样 /J 2.00.025 1035.2 60.33.0 16.91.4 2.13 97.9 56 15.5 2.04 101.8 57.2 16.8 1.97 104.1 61.4 17.2 * Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM 35 缺口根部半径对冲击性能影响 半径 /mm 高能量样 /J 中能量样 /J 低能量样 /J 0.250.025 1035.2 60.33.0 16.91.4 0.13 98 56.5 14.6 0.38 108.5 64.3 21.4 * Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM 36 钢的应变时效 钢铁材料，尤其是低碳钢板经过冷加工 变形后长期处于高温或较高温下工作， 其塑性和韧性会明显下降，这种现象被 称为应变时效。钢经应变时效后韧性下 降的程度用应变时效敏感性系数 C表示， C=（ Ak-Aks） /Ak*100% * Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM 37 拉伸试样 样坯切取的部位、取向 避免产生加工硬化或热影响改变钢材的 性能。 厚度 =12mm的钢材拉伸样坯尺寸为 1212Lmm，并应保留一面轧制面。 厚度为 6mm至小于 12mm的钢材 ,拉伸样 坯尺寸为 a12Lmm， a为钢材的实际厚 度 ,此时应保留两面轧制面。 * Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM 38 压缩试样 厚度 =12mm的钢材 ,压缩样坯的尺寸为 121257mm, 并应保留一面轧制面。 厚度为 6mm至小于 12mrn的钢材 ,压缩样坯的尺寸为 a1257mm,此时应保留两面轧制面。 采用 V型或 2mm深 U型缺口的冲击试样 ,厚度尽量大。 冲击试样应根据钢材的厚度保留其轧制面 ,且试样缺 口轴线应垂直于轧制面。 未经受应变时效的冲击试样类型和尺寸必须与经受应 变时效的冲击试样一致 * Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM 39 试验 一般用拉伸应变 ,拉伸按 GB228进行。 一般低碳钢的残余应变量应为 10%, 低合 金钢应为 5%, 其偏差均为土 0.5% 。 可采用压缩应变。压缩残余应变量与拉 伸相同。 人工时效：在 250士 10 下均匀加热保温 一小时 ,然后在空气中冷却至室温。 * Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM 40 试验 测定应变时效冲击吸收功或应变时效冲击韧性 值一般为三个冲击试样。 测定应变时效敏感性系数一般为六个试样：三 个未经受应变时效 ,三个经过应变时效状态。 冲击试验均应按照 G229进行。测定应变时效敏 感性系数时 ,未经受应变时效与经受应变时效状 态的冲击试验 ,应在同一台冲击试验机上进行。 * Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM 41 结果表示 由 U型缺口标准冲击试样得出的试验结果 ,应变时效冲击吸收功用 AKUs表示、应变 时效敏感性系数用 Cu表示。 由 V型缺口标准冲击试样得出的试验结果 ,应变时效冲击吸收功用 AKVs表示、应变 时效敏感性系数用 Cv表示。 * Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM 42 落锤试验方法 NDT（ nil-ductility transition) 与 NDT（ Nondestructive Testing） NDT温度：采用落锤试验方法，标准试 样发生断裂的最高温度。在比该温度高 5 时做的两个试样均未断裂。 * Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM 43 落锤试样 * Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM 44 试验结果判定 断裂：裂纹源焊道形成的裂纹扩展到受 拉面的一个或两个棱边。 未断裂：裂纹源焊道形成的裂纹未扩展 到受拉面的棱边。 试验无效：出现裂纹源焊道缺口底部未 开裂或试样受拉面未接触终止台。 * Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM 45 落锤试验影响因素 试样型式（尺寸） 试样从保温容器中取出到进行冲击的间 隔时间。 * Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM 46 落锤撕裂试验方法 DWTT ： Drop-weight tear test 试样： 5mm深压制缺口， 300*板厚 剪切面积百分数： SA% 2.金属工艺性能试验 -金属加工能力的判定 * Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM 48 力学性能与工艺性能 力学性能：材料在力作用下应力与应变 的关系；材料的使用性能；结构强度设 计的依据。 工艺性能：检验材料适应某种加工工艺 的能力。力学性能试验的一种补充试验 。 * Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM 49 工艺性能试验的特点 试验过程与材料的工艺过程、使用条件 相似。 试验结果能反映材料的塑性、韧性及部 分质量问题。 试样加工容易。 试验方法方便，无需复杂的试验设备。 * Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM 50 工艺性能试验的分类 棒材：顶锻试验、弯曲试验等 型材：展平弯曲、反复弯曲等 板材：弯曲、反复弯曲、锻平、杯突等 管材：液压、扩口、缩口、弯曲、压扁 、卷边等 线材：反复弯曲、扭转等 丝、带材： * Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM 51 常用金属工艺性能试验标准 金属弯曲试验 (GB/T232-1999) 金属管弯曲试验 (GB/T 244-1997) 金属管扩口试验 (GB/T 242-1997) 金属管压扁试验 (GB/T 246-1997) 金属杯突试验 (GB/T4156-1984) 焊接接头弯曲及压扁试验（ GB/T2653- 1989） * Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM 52 其他金属工艺性能试验标准 金属管液压试验 (GB/T 241-1997) 金属管卷边试验 (GB/T 245-1997) 金属反复弯曲试验 (GB/T235-1999) 钢筋平面反复弯曲试验 (YB/T5126-1993) 金属顶锻试验（ GB/T233-2000) 金属线材反复弯曲 (GB/T238-1999) 金属线材扭转试验 (GB/T239-1999) 金属线材缠绕试验 (GB/T2676-1988) 薄板双层咬和弯曲试验 (YB/T5001-1993) 铝管材压缩试验（ GB/T3251-1982） * Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM 53 金属弯曲试验 目的：定性检验在给定试验条件下， 试样承受弯曲变形的能力，并揭露其 缺陷。 原理：将一定形状和尺寸的试样放置 于弯曲装置上 ,以规定直径的弯心将试 样弯曲到所要求的角度后 ,卸除试验力 检查试样承受变形性能。 弯曲试验与弯曲力学性能试验 * Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM 54 材料弯曲试样 -通则 试样可为圆形、方形、长方形或多边形横截面。 取样位置、方向按产品标准或 GB/T2975 弯曲表面不得有划痕和损伤。 方形和长方形试样的棱边应锉圆，其半径不应大于厚 度 1/10。 棱边倒圆时不应形成影响结果的横向毛刺、伤痕或刻 痕。 用机加工方法去除剪切或火焰切割等形成的影响材料 性能的区域。并保留一侧原表面。弯曲试验时 ,原表面 应位于弯曲的拉伸面。 * Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM 55 材料弯曲试样 -尺寸（宽度） 按相关产品标准要求 产品标准未规定时： n 产品宽度 20mm-试样采用原宽度 n 产品宽度 20mm n 厚度 3mm-试样宽度为 20mm5mm n 厚度 3mm-试样宽度为 2050mm * Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM 56 材料弯曲试样 -尺寸（厚度） 按相关产品标准要求 产品标准未规定时： n 产品厚度 25mm-试样采用原厚度 n 产品厚度 25mm-机加工减薄至 25mm * Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM 57 材料弯曲试样 -尺寸（直径） 产品直径 50mm-试样采用原横截面，如试验 机能力不足，对直径超过 3050mm的产品，可 加工成横截面内切圆直径 25mm的试样。 产品直径 50mm-可加工成横截面内切圆直 径 25mm的试样。 钢筋类产品一般均应以其全截面进行试验。 非仲裁试验，经协议可用宽度和厚度大于以上 规定的试样。 * Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM 58 材料弯曲试样 -尺寸（长度） 弯曲试样长度根据试样厚度和弯曲试验 装置而定 通常按下式确定试样长度 : n L=0.5(d+a)+140mm * Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM 59 焊接试板弯曲试样 术语 横弯：焊缝轴线与试样纵轴垂直时的弯曲。 纵弯：焊缝轴线与试样纵轴平行时的弯曲。 正弯：试样受拉面为焊缝正面的弯曲。 n 双面不对称焊缝、焊缝最大宽度面为正面；双面对 称焊缝，先焊面为正面。 背弯：试样受拉面为焊缝背面的弯曲。 侧弯：试样受拉面为焊缝纵剖面的弯曲。 焊接试板弯曲分类：横向正弯、横向背弯、横 向侧弯、纵向正弯、纵向背弯。 * Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM 60 焊接试板弯曲试样 尺寸 横弯试样：厚度为焊接接头的试件厚度 ，宽度 1.5试件厚度（最小 20mm） 侧弯试样：厚度 10mm，宽度等于焊接 接头母材厚度 * Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM 61 * Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM 62 * Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM 63 焊接弯曲试样取样 * Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM 64 弯曲试验设备 支辊式弯曲装置 n l= (d+3a) 0.5 a V型模具式弯曲装置 虎钳式弯曲装置 翻板式弯曲装置 n l= (d+2a) 26mm * Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM 65 * Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM 66 试验程序和结果判定 试验温度 试样在力作用下弯曲至规定的弯曲角度 。 缓慢施加弯曲力 按相关产品标准评定结果 产品标准规定的弯曲角度认作为最小值 ，规定的弯曲半径认作为最大值。 * Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM 67 弯曲试验影响因素 宽厚比 弯心直径 弯曲角 * Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM 68 金属管弯曲试验 定义：在带槽弯心上将试样弯曲至规定 程度，检验金属管承受弯曲塑性变形的 能力并显示其缺陷的试验。 目的：检验金属管对弯曲加工的适用性 。 * Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM 69 金属管弯曲试验 -注意事项 弯心应具有与管外径轮廓相适应的沟槽 。 弯曲装置应能限制管的横截面发生椭圆 变形（椭圆短轴最小值 原外径 85% ）。 对焊接管，如相关标准对焊缝位置未做 规定，焊缝应置于试验位置的最上方或 最下方。 * Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM 70 金属管扩口试验 定义：将规定锥度的顶心压入金属管一端，使 直径均匀地扩张至规定尺寸，检验金属管径向 扩张塑性变形的能力并显示其缺陷的试验。 原理：用圆锥形顶心扩大管段试样的一端，直 至扩大端的最大外径达到相关