系列缺口试样静拉伸实验及断口形貌观察

1、材料实验中心实验报告课程名称：材料性能研究技术 成绩： 实验名称：系列缺口试样静拉伸实验及断口形貌观察 批阅人: 实验时间：2 实验地点：x 06报告完成时间： .29姓名：学号：20班级：材料科同组实验者： 指导教师： 一、实验目的1. 了解万能材料试验机的结构及工作原理，掌握其使用方法。2. 对比具有不同尺寸缺口的圆柱形试样的断裂伸长率、 断面收缩率以及其断口的 宏观形貌。3. 分析圆柱形试样的“缺口效应”。二、实验原理横截面均匀的光滑试样在静拉伸条件下的力学性能测定实验， 在材料力学实 验的课程中已经详细介绍，并分析对比了塑性材料和脆性材料的断口形貌、 断裂 延伸率、断面收缩率和应力-应

2、变曲线，同时也根据应力-应变曲线，学习了金属 材料在拉伸条件下的力学性能指标屈服强度和抗拉强度。本实验研究的是在室温 条件下，具有不同缺口尺寸的试样在静拉伸是的力学性能即断裂机制， 其所用到 的材料为正火处理的45#钢，该材料在室温下表现为塑性材料。根据材料力学性能理论知识易知，对于整理横截面均匀的光滑试样，如果存 在缺口，则在静拉伸作用下，缺口横截面上的应力状态将发生改变， 这就是我们 所说的“缺口效应”。“缺口效应”包括两个方面，第一个就是缺口会引起应力 集中，并改变缺口前方的应力状态，使缺口式样或机件中所受的应力由原来的单 向应力状态变为两向三向应力状态。这使得对于存在缺口的脆性材料，由

3、于应力 状态的改变和应力集中的出现，其抗拉强度相对于光滑试样较低；第二个重要的 方面是对于塑性材料来说的，同样由于三向应力和应理集中的存在， 约束了材料 内部的塑性变形，具有缺口的塑性材料的屈服应力比单向拉伸时要高， 这就是“缺 口强化”。也就是说缺口使塑性材料的强度升高，塑性降低。根据以上两个方面 可以得出结论，缺口能使材料产生脆变的倾向，为了评定其脆变倾向，就需要对 缺口试样进行静拉伸实验。缺口静拉伸实验，广泛用于研究高强度钢（淬火低中温回火）的力学性能、 钢和钛的氢脆，以及用于研究高温合金的缺口敏感性等。 缺口敏感性能指标用缺 口式样的抗拉强度二bn与均匀截面尺寸光滑试样的抗拉强度 二b

4、的比值表示，称为 缺口敏感度，表示为NSR它与材料的塑性指标一样，也是安全性的力学性能指 标，在实际的生产中，只能根据使用经验或试验确定对 NRS的要求，不能进行定 量计算。另外，在进行缺口试样偏斜拉伸试验时，因试样同时承受拉伸和弯曲载荷的 复合作用，故其应力状态更“硬”，缺口截面上的应力分布更不均匀，因而更能 显示材料对缺口的敏感性。三、实验设备及材料1、实验设备：万能材料试验机、游标卡尺，计算机。2、实验材料：45#钢正火材料（具有不同尺寸缺口的圆柱形拉伸试样）。一垣在爲二6 十一 -二 卜'El四、实验内容1、制备样品首先，对45#钢进行正火处理，加工成横截面均匀的光滑圆柱形拉伸

5、专用试 样，分为六组（整体尺寸相同），编号为 1#、2#、3#、4#、5#、6#;然后，在 试样长度方向的中间位置开缺后，其中1#不开缺口（均匀光滑试样），6#开缺口角度为90°（垂直于表面），2#5#缺口角度从小到大介于 0°到90°之 间，注意六个试样的缺口位置的最小直径相同。2、拉伸试验(1) 预处理：在拉伸开始前，首先测得试样缺口处的直径，在径向标记两点(距 离大概100mm并测得其间的距离，输入到计算机中，为计算机自动计算其断面收缩率和断裂伸长率做准备。(2) 拉伸试验：按照万能材料试验机的操作方法，首先把试样装夹好，然后在 计算机上设定实验编号、加载速

6、率、加载重量以及所测指标和试样标准等试验参 数。最后，启动试验机，开始拉伸，直到试样断裂，试验机自动停车。(3) 后处理：拉伸结束后，取下试样，把拉断的两段试样结合在一起，用游标卡尺再测得断口处的直径和实验前标记的两点间的距离，输入计算机，自动计算出需要的力学性能指标。(4) 重复实验步骤(1)( 2)( 3)，进行下一组试样的试验，直至六组试样全 部测完。(5) 观察断口：在放大镜下观察对比六组试样的断口形貌，分析其它们的断裂 机制有何不同。五、试验结果及分析1、实验结果对六组试样全部进行完拉伸试验后，从计算机内导出实验过程中的性能指 标，并加以整理得到如表1所示的试验数据。表1试验数据试样

7、编号抗拉强度(MPa)上屈服强度(MPa)下屈服强度(MPa)断裂伸长率(%)断面收缩率(%)NSR1704.23423.36404.647.4250.211.002741.62480.07458.034.0943.411.053793.55504.39478.063.7041.581.134885.44533.55516.312.2433.161.265916.42653.08647.240.6030.801.306964.91000.8212.211.372、结果分析根据表1中的实验结果数据分析，可以得出如图1到图4所示的，缺口试样 的抗拉强度匚b、断后伸长率、断面收缩率和NSR (缺口敏感度)随缺口尺 寸角度的变化情况。10.00-Q QQjI2【船编£56O试样偏号圏3断面收缩率O001XO80O6DO400000W40M2C分析以上四个图，可以得出如下结论：随着缺口角度的增大，正火45#钢的抗拉强度有所提高，断面收缩率和断裂伸长率急剧下降，而缺口敏感度NSR则呈现出上升的趋势。结合实验原理分析其原因，可以推测随着缺口尺寸的增大， 正火45#钢材料的缺口效应逐渐明显，出现三向应力状态和应力集中现象，缺口 强化也表现出来，材料的脆性逐渐增强，塑性逐渐降低。3、缺口形貌分析通过在放大镜下观察