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金属材料力学性能试验培训 1 一 力学性能的定义 力学性能是指材料在外加载荷与环境因素联合作用下表现的行为 也就是材料抵抗外加载荷引起变形和断裂的能力 拉伸实验是应用最广泛的力学性能实验方法 拉伸实验测定的力学性能指标称为拉伸性能 是材料的基本力学性能 是各种材料结构强度设计的主要依据 是评定 选定材料的主要依据 对于某些脆性材料 一般采用弯曲或压缩实验测定材料力学性能 2 二 拉伸试验中的基本概念 应力 应力是在它所作用面积上的力 用N mm2表示 在米制单位中 用千帕 kPa 或兆帕 MPa 表示 1 圆形截面 2 矩形截面 3 4 拉应力是能够使材料伸长的应力 压应力是能使材料缩短的应力 剪切应力是能使材料沿应力平行方向产生位移的应力 扭转应力是能使材料的两个底面沿相反方向产生扭动的应力 四种形式的应力 5 应变是被测试材料尺寸的变化率 它是加载后应力引起的尺寸变化 由于应变是一个变化率 所以它没有单位 应变的计算 6 有关拉伸试样的基本术语 原始标距 Lo 施力前的试样标距 断后标距 Lu 试样断裂后的标距 平行长度 Lc 试样两头部或两夹持部分 不带头试样 之间平行部分的长度 断后伸长率 A 是断后标距的残余伸长 Lu Lo 与原始标距 Lo 之比的百分率 断面收缩率 Z 断裂后试样横截面积的最大缩减量 So Su 与原始横截面积 So 之比的百分率 7 低碳钢的拉伸应力 应变曲线 下屈服强度ReL 抗拉强度 Rm tensilestrength 相应最大力 Fm 的应力 S0 试样原始横截面积 屈服强度 yieldstrength 当金属材料呈现屈服现象时 在试验期间达到塑性变形发生而力不增加的应力点 应区分上屈服强度和下屈服强度 上屈服强度 ReH upperyieldstrength 试样发生屈服而力首次下降前的最高应力 下屈服强度 ReL loweryieldstrength 在屈服期间 不计初始瞬时效应时的最低应力 根据低碳钢应力 应变曲线不同阶段的变形特征 整个拉伸过程依次分为 弹性阶段 屈服阶段 强化阶段 颈缩阶段 8 弹性阶段 当外力解除后变形能够全部消除 恢复原状 为弹性变形 屈服阶段 开始产生塑性变形 即当外力解除后 变形不能完全恢复 而残留下一部分变形 强化阶段 经过屈服阶段后 材料又恢复了抵抗变形的能力 要使它继续变形必须增加拉力 颈缩阶段 在试件某一薄弱的横截面处发生急剧的局部收缩 横截面面积迅速减小 塑性变形迅速增加 a 试样b 拉伸c 颈缩d 断裂 颈缩 9 上屈服点的数值与试样形状 加载速度等因素有关 一般是不稳定的 下屈服点则有比较稳定的数值 能够反映材料的性能 通常就把下屈服点称为屈服点 而下屈服点对应的应力值称为屈服强度 10 规定非比例延伸强度 Rp 非比例延伸率等于规定的引伸计标距百分率时的应力 使用的符号应附以下脚注说明所规定的百分率 例如RP0 2 表示规定非比例延伸率为0 2 时的应力 其他金属材料的拉伸实验和低碳钢拉伸实验方法相同 但材料所显示出来的力学性能有很大差异 下图给出了锰钢 硬铝 退火球墨铸铁和45钢的应力 应变图 这些材料都是塑性材料 但前三种材料没有明显的屈服阶段 对于没有明显屈服阶段的塑性材料 通常规定以产生0 2 塑性应变时所对应的应力值作为材料的名义屈服极限 以RP0 2表示 11 抗拉强度Rm抗拉强度 Rm 试样拉伸过程中最大试验力所对应的应力 12 断后伸长率 试样拉断后 标距部分的残余伸长与原始标距的百分比 断后伸长率A的测定 将拉断后的试样的断裂部分在断裂处紧密对接在一起 测出试样断裂后标距间的长度L 13 14 断面收缩率Z 试样拉断后 颈缩处横截面的最大缩减量与原始横截面积的百分比 断面收缩率Z的测定 测出断裂后试样颈缩处最小横截面积Su 颈缩 15 16 铸铁的拉伸实验方法与低碳钢的拉伸实验相同 但是铸铁在拉伸时的力学性能明显不同于低碳钢 其应力应变曲线如图2 5所示 铸铁从开始受力直至断裂 变形始终很小 既不存在屈服阶段 也无颈缩现象 断口垂直于试样轴线 这说明引起试样破坏的原因是最大拉应力 17 第二节 硬度 硬度 hardness 是指材料抵抗其他硬物体压入其表面的能力常用测量硬度的方法 布氏硬度HB洛氏硬度HR维氏硬度HV 18 布氏硬度HB Brinell hardness 19 适用范围 450HBS 650HBW 20 符号HBS或HBW之前的数字表示硬度值 符号后面的数字按顺序分别表示球体直径 载荷及载荷保持时间 如 120HBS10 1000 30表示直径为10mm的钢球在1000kgf 9 807kN 载荷作用下保持30s测得的布氏硬度值为120 21 洛氏硬度HR Rockwllhardness 22 维氏硬度HV diamondp