常温静荷拉伸破坏试验

1、常温、静荷拉伸破坏实验材料力学讲义常温、静荷拉伸破坏实验（安排）（全部内朮疥卖绘讲义丿一、实验原理力学性能是指材料在力或能量作用下所表现的 行为。任何一种材料受力后都要产生变形，变形到 一定程度即发生断裂，而受力一变形一断裂这一破 坏过程是按一定规律进行的。单向拉伸时这一规律 可用拉伸曲线，又称拉伸图（一曲线或-AZ曲线） 来描述（实验讲义图1）。材料不同拉伸图也不相 同，甚至存在很大差别，这表明它们在强度、刚度、 塑性、韧性等方面存在很大的差异，一些常用的力 学性能指标如等在拉伸图上都有明确的定 义。进行拉伸破坏实验时，首先应把材料制备成标准 试样，然后在试验机上进行单向拉伸直至拉断。试 验

2、机的自动记录装置可以同步地把拉伸曲线（-AZ 曲线）精确地记录下来。这条曲线为分析研究材料 的力学性能提供了基本依据；有关的力学性能指标 可按定义在图上精确地测试。曲线或-A/曲线相材料力学讲义比较，由于和消除了几何尺寸的影响，因此更直 接地代表材料的力学性能。试样必须按国家标准制备（实验讲义图2）。通常拉伸试样分圆试样和板试样两种。般拉伸试样由工作部分、过渡部分和夹持部分三部分组成。工 作部分必须保持光滑均匀以确保材料表面的单向 应力状态，其有效工作程度/称作标距，d,分别代 表标距部分的直径和面积；过渡部分必须有适当的 过渡圆弧以消除应力集中；夹持部分的尺寸、形状 必须与试验机夹头的钳口相

3、匹配。试样发生颈缩时，颈缩局部及其影响区的塑性变 形在断后伸长率3中占很大比重，因此莎的大小不仅 取决于材质而且也取决于人的长短愈短局部变形 在“中所占的比例愈大，为便于相互比较试样的标 距应当标准化，国家标准规定测试断后伸长率力应釆用比例试样，比例试样的长度有两种规定: 率记作几。10倍直径III试样:即/0/%=11;断后伸长5倍直径圆试样：/。=5几，即厶/、区= 5.65；断后伸长材料力学讲义4. 观察-A/曲线的生成过程。在一A/曲线进入强化阶段后进行次卸载，观察卸载规律和冷作硬化现象，并随时观察试样表面发生的现象如试样屈服后是否有45。滑移线产生，曲线达到最大值后，观察1=1颈缩现

4、象直至试样断裂。 试样断裂后1. 取下图纸。2. 测量低碳钢试样断口最细部位的直径4 （互垂 方向测两次取其平均值）；将断后试样对接后，测 量拉断后试样的标距厶。3观察低碳钢、铸铁的断口形貌和组织状态并 绘制断口图。四、实验结果整理1.整理拉伸图，修正坐标原点和非材料因素引 起的局部不连续，标注相关的刻度和测定的数据巴、 5。2.强度指标计算:屈服极限咕屮强度极限” P巴代表试样的最大亍材料力学讲义试样的原始面积。3低碳钢塑性指标计算断后伸长率J = xlOO%断面收缩率A）断口的位置发生在标距的中段（约的的长度），贝 测试有效。为防止失效可釆用补偿法但需提前在试 样上做好补偿准备。4. 画出

5、低碳钢、铸铁的断口形貌图，说明其特 点。5. 通过拉伸图描述低碳钢、铸铁的拉伸过程及 各阶段的特点，分析比较低碳钢、铸铁的力学性能, 完成实验报告（报告要求和格式可参考附表）。五、低碳钢拉伸实验模拟演示（实验讲义图3）低碳钢的拉伸图显示，其拉伸过程明确分四个阶 段：1.弹性阶段（OA）外力不超过弹性范围时变形是弹性的pt曲线是 一条直线。在这个范围内卸载试样仍恢复原状不产材料力学讲义生残余变形（又称塑性变形）。低碳钢在线弹性范内服从胡克定律。应力应变的关系为:cr = Es j例系数E代表一曲线直线部分的斜率，称作弹性模 量或材料的刚度。2.屈服阶段（AB） 平台，这时载荷基本不变而变形急剧增

6、加，表明材 料暂时失去了抵抗变形的能力，在这一阶段卸载将 有不可恢复的残余变形产生。在相应的一 曲线上, 屈服平台的下限值定义为屈服极限，记作:荷超过弹性范围后P_N曲线上出现明显的屈服3.强化阶段（BC）超过屈服阶段后一&曲线又开始上升，表明材料 又恢复了抵抗变形的能力，即材料要继续变形，载 荷就必须不断增长。与此同时，若试样表面光洁度 很高，材料杂质又较少时，在试样表面可以清楚地 看到相互交错的45滑移线。如果试样在这一阶段卸 载（实验讲义图3）,载荷将沿平行于弹性阶段的 路径回零，弹性变形随之消失，而塑性变形将保留 下来。若卸载后重新加载，载荷将沿卸载路径重新材料力学讲义上升，P_A/曲

7、线上的线弹性范围增大，屈服强度明 显提高，塑性变形相应下降，而弹性模量却保持不 变，这一现象称作冷作硬化现象是金属材料的一种 宝贵性质。在相应的一曲线上，强化阶段的最大值定义为 材料的强度极限，记作久。4.颈缩阶段（CD）强化阶段达到最大值后-a/曲线开始下降，塑性 变形开始在局部进行，局部截面急剧收缩，由于承 载面积迅速减少，载荷很快下降（实际上材料仍不 断强化，即真应力必须不断提高，变形才有可能继 续增长），直至断裂。断裂时，试样的弹性变形消 失而塑性变形则遗留在破断的试样上。低碳钢断裂 后有很大的塑性变形，断口呈杯状，周边有45。的 剪切唇（实验讲义图4-b,c）o断口组织为暗灰色的 纤

8、维状组织，是典型的韧状断口。低碳钢的塑性用 断后伸长率$ （又称延伸率）和截面收缩率表示。六、铸铁拉伸实验的模拟演示（实验讲义图3）铸铁是典型的脆性材料，其拉伸图没有屈服阶段材料力学讲义也没有颈缩阶段，当试样接近断裂时一A/曲线才稍 微弯曲，因此可近似看成一条直线。铸铁是在几乎 没有塑性变形，没有任何预兆的情况下突然发生断 裂的，铸铁的强度指标只有强度极限6。铸铁断口与正应力方向垂直表明是由拉应力拉 断的，断面平齐为闪光的颗粒状组织是典型的脆状 断口（实验讲义图4-a）o七、思考题1. 为什么要釆用比例试样？2. 强化阶段后的弹性变形和塑性变形在拉伸图 上如何表示？3. 延伸率在曲线上如何表示

9、？4. 分析铸铁的破坏方式和破坏原因。压缩破坏实验（安排）（全部内求看卖脸讲义丿一、实验原理单向压缩时，材料的破坏过程可用压缩曲线即 P-Ah曲线来描述（实验讲义图1）。材料不同压 缩曲线也不相同，而同一材料由于应力状态不同，材料力学讲义其力与变形的关系曲线也有较大差别，比如同一铸 铁的拉伸、压缩曲线明显不同，说明铸铁受压时其 强度、塑性和破坏方式与拉伸相比有明显的变化。 因此压缩实验有助于对材料的力学性能进行较全 面的认识。标准试样进行压缩实验时可同步记录一条精确 的压缩曲线（PAh曲线），以观察分析材料的破 坏过程，有关指标可根据定义在图上测试。压缩实 验的主要力学性能指标如弹性模量E.屈

10、服极限 6c、强度极限Be与拉伸实验时的定义相同（实验 讲义图1）。单向压缩时,试样端面与压头间的摩擦力使端面 附近形成三向压应力状态，试样的横向变形因此受 到限制，试样越短三向应力状态的影响区相对越 大；试样过长又容易产生纵向弯曲，因此必须制成 标准试样（实验讲义图2）测试结果才能进行有效 比较。金属材料的压缩试样釆用圆试样,根据测试需要 可选择不同的长细比。试样进行压缩破坏实验时长10材料力学讲义细比可取15 ,即h“5d o试验时，可通过专用的力导向装置（实验讲义图3）对试样进行加载以防偏心。同时试样端面可采 用润滑措施以减少摩擦。二、试验设备1. 万能材料试验机（含X-Y函数记录仪或

11、自动记录装置）。2. 试样压缩力导向装置。2. 0.02mm游标卡尺。三、试验步骤试样上机前1. 测量低碳钢和铸铁试样的原始直径必：在试样中部取一截面进行测量，互垂方向测量两次其 平均值为必2. 把试样置于力导向装置的中心位置上，对中。3. 选择力盘（或放大器）量程和记录仪的灵敏度。材料力学讲义上机试验1. 压缩导向装置在试验机上要保证对中，力盘（或放大器）予调平衡。2. 安装记录纸，确定曲线的起始点，落笔。3.开机加载开始时加载速度一般 2mm /min o材料强化后可适当提高加载速度。4.观察P如 曲线的生成过程（实验讲义图l）o低碳钢试样须压到P皿曲线开始上翘为止。试样破坏或断裂后1.

12、取下图纸。2. 观察铸铁的断口形貌和组织状态并绘制断 口图。四、实验结果整理1. 整理压缩图，修正坐标原点（沿直线段向 下延伸与变形轴的交点即为原点）和非材料因素引 起的局部不连续，标注坐标的相关刻度值和测定指 标的位置。2强度指标计算低碳钢屈服极限材料力学讲义铸铁强度极限嗦=心/血Psc 一低碳钢的屈服载荷；Pbc 铸铁破坏的最大载荷；如一试样的原始面积。3. 通过压缩曲线描述低碳钢、铸铁的压缩过 程，并与拉伸图进行比较。4. 画出铸铁的断口形貌图、说明其特点，分 析其破坏原因。比较低碳钢、铸铁的力学性能。完 成实验报告。5. 实验报告格式参考拉伸破坏实验。五、低碳钢压缩实验模拟演示（实验讲义图4）低碳钢压缩曲线也有明显的屈服点，但由于试样 很短屈服阶段与拉伸相比短的多，进入强化阶段后 塑性变形越来越大，因三向应力状态限制了端面附 近的变形，因此试样的变形呈鼓形。随着变形的增 长，承载面积、三向应力状态的影响越来越大，试 样继续变形的抗力不断增长P如曲线开始上翘, 而且上翘程度越来越陡。最后，低碳钢只能压扁而 不会发生断裂（实验讲义图6-a）,因此低碳钢压缩13材料力学讲义时只有屈服极限久而没有强度极限6c。六、铸铁压缩实验模拟演示（实验讲义图5） 铸铁受压时不存在拉应力的影响，随着载荷的增ID长，45。截面的最大剪应力能够不断增长，因而产生明显的塑性变形，使压缩曲线与拉伸曲