力学性能检验课件

第一节硬度试验

1、硬度

是表示材料表面一个小区域内抵抗弹性变形、塑性变形或破断的一种能力。是衡量金属软硬程度的判据,是代表着弹性、塑性、塑性形变强化率、强度和韧性等一系列不同的物理量组合的一种综合性能指标。

第一节硬度试验1、硬度2、硬度试验特点首先，硬度试验设备简单，操作迅速方便，硬度是金属力学性能中最易测量的一种性能；其次，硬度和其它力学性能一样，也决定于金属材料的成分、组织与结构。它与其它力学性能之间存在一定的关系，因此可通过测定金属的硬度间接地获得其它力学性能的数值；2、硬度试验特点最后，硬度试验压痕小，一般不损坏零件，可以直接在成品或半成品上测定，且不受被测物体大小、脆韧的限制。这是其它力学性能试验方法所不可及的优点。2、硬度试验特点最后，硬度试验压痕小，一般不损坏零件，可以直接3、试验标准已颁布的硬度试验标准有：GB231～84金属布氏硬度试验方法、GB230—84金属洛氏硬度试验方法、GB4341—84金属肖氏硬度试验方法、GB4340—84金属维氏硬度试验方法、GB4342—84金属显微维氏硬度试验方法等4、测试方法

硬度的测试方法很多，一般多采用压入法来测定硬度。常见的有布氏硬度法、洛氏硬度法、维氏硬度法、显微维氏硬度法等，此外还有肖氏硬度试验法(回跳法)3、试验标准已颁布的硬度试验标准有：GB231～8

一、布氏硬度1、试验原理

：布氏硬度试验是用一定的静力负荷F，将直径为D的淬火钢球或硬质合金球压入被测材料的表面，保持一定的时间后卸除负荷，测量试样表面的压痕直径d，如图5—1所示。图5～1布氏硬度试验原理一、布氏硬度1、试验原理：布氏硬度试验是用一定的静力负荷布氏硬度有两种表示方法：

一种是用压痕直径d表示，单位为mm；另一种是计算单位面积上承受的压力，即计算试样上的钢球或硬质合金球压痕的球冠面积S上承受的平均压力

式中

：HBS——布氏硬度值(压头为淬火钢球时)；

HBW——布氏硬度值(压头为硬质合金球时)；

F——负荷(N)；

S——压痕面积，mmz；

D——钢球(或硬质合金球)直径，mm；

h——压痕深度，mm。布氏硬度有两种表示方法：

在实际试验中，压痕深度值h的测量比较困难，而测量压痕直径d比较方便，因此将(5-1)式中的h值换算成d。由图5-1中直角三角形Oab的关系可求出所以HBS(或HBW)值的计算公式变为

式中F、D已知，只有d是变量，因而

用目测显微镜测出压痕直径d,即可计算出硬度值HBS(或HBW)。实际测量时，可根据测出的d值从表中直接查出HBS(或HBW)值。在实际试验中，压痕深度值h的测量比较困难，而测量压痕直径d

注意:

布氏硬度单位为kgf／mm2，但习惯上只写明硬度的数值而不标出单位。

一般硬度符号HBS(或HBW)前面的数值为硬度值，符号后面的数值依次表示球体直径、负荷大小及负荷保持时间(保持时间为10～15s时不标注)。例如:120HBS10／1000／30表示用直径为10mm的钢球，在1000kgf(9807N)负荷作用下保持30s，测得的布氏硬度值为120。

500HBW5／750表示用直径为5mm的硬度合金球，在750kgf(7355N)负荷作用下保持10～15s，测得的布氏硬度值为500。

注意:布氏硬度单位为kgf／mm2，但习惯上只写明硬度压头选择：布氏硬度低于450的金属材料试验时其压头可选用淬火钢球，布氏硬度值在450～650之间的金属材料试验时其压头可选用硬质合金球。根据被测金属材料的种类和试样厚度，选用不同大小的压头直径D、施加负荷F和负荷保持时间。压头直径有10、5、2.5、2和1mm五种；负荷的保持时间为，黑色金属10～15s，有色金属30s，布氏硬度值低于35时为60s。压头选择：布氏硬度试验特点：优点：测定的数据准确、稳定。缺点：1、压痕较大，不宜测成品或薄片金属的硬度。2、操作较缓慢，对大量逐件检验的产品不适用。2、试验设备布氏硬度试验在布氏硬度试验机上进行。常见的布氏硬度试验机有油压式和机械式两大类。机械式布氏硬度机如图5—2所示。布氏硬度试验特点：图5—2HB一3000型布氏硬度试验机外形图5—3洛氏硬度试验原理示意图-l一指示灯；2一压头；3一工作台；4一立柱；5一丝杠；

6一Y-．~；7一试验力砝码；8一压紧螺钉；

9一时间定位器；10一试验力按钮图5—2HB一3000型布氏硬度试验机外形图5—33、实验步骤(1)

首先选定压头，装入主轴衬套中，然后选定负荷，加上相应的砝码，确定加载时间(把圆盘上的时间定位器的红色指示点转到持续时间相符的位置上)；(2)接通电源，使指示灯燃亮；(3)将试样置于工作台上，顺时针转动手轮，使压头压向试样表面，直至手轮对下面螺母不作相对运动为止；(4)

按动试验力按钮，启动电动机即施加试验力，当红色指示灯闪亮时，迅速拧紧紧压螺钉，使圆盘转动，达到所要求的持续时间后，转动即自行停止；(5)

逆时针转动手轮，降下工作台，取下试样，用目测显微镜测出压痕直径d，根据此值从表中即可查出HB值。3、实验步骤

二、洛氏硬度

1、洛氏硬度洛氏硬度试验法是目前工厂生产检验中应用最广泛的硬度试验方法。2、实验原理用一个顶角为120。的金刚石圆锥体或直径为1.588mm(1/16英寸)的淬火钢球为压头，

在规定的载荷作用下压入被测金属表面，然后根据压痕深度来确定试件的硬度值。下图表示金刚石圆锥压头的洛氏硬度试验原理。二、洛氏硬度1、洛氏硬度洛氏硬度试验法是目前工厂生产实验步骤

试验时，先加初载荷98.07N(10kgf)，使压头紧密接触试件表面，此时压人深度为h1，然后加主载荷，继续压入金属中，待总载荷(初载荷+主载荷)全部加上并稳定后，将主载荷去除，由于被测试件金属弹性变形的恢复，压头压入深度是h3，压头在主载荷作用下压入金属中的塑性变形深度就是h(h=h3-h1)，并以此来衡量被测金属的硬度。

显然，h越大，金属的硬度越低；反之，硬度越高。考虑到数值越大硬度越高的习惯，故采用一个常数K减去h来表示硬度高低，并用0.002mm的压痕深度为一个硬度单位，由此获得的硬度值称为洛氏硬度，用HR表示。即式中K为常数，用金刚石圆锥压头时，K=0.2mm；用淬火钢球压头时，K=0.26mm。由此获得的洛氏硬度值HR只表示硬度高低而没有单位，试验时，可由硬度计的指示器上直接读出。

实验步骤根据金属材料软硬程度不一，可选用不同的压头和载荷配合使用，测得的硬度值分别用不同的符号来表示。三种常用的洛氏硬度符号、试验条件和应用列于下表。标尺符号所用压头总载②／kgf测量范围①(HR)应用范围

HRAHRBHRC金刚石圆锥

钢球金刚石圆锥

60

100

150

20～8820～100

20～70碳化物、硬质合金、淬火工具钢、浅层表面硬化钢软钢、铜合金、铝合金、可锻铸铁淬火钢、调质钢、深层表面硬化钢①HRA,HRC所用刻度盘满刻度为100，HRB为130。②1kgf=9.806N。根据金属材料软硬程度不一，可选用不同的压头和载荷配合使用，测常用洛氏硬度试验机如图5—4所示。其主要部件包括：机体和工作台、加载机构、千分表

1一支点；2--指示器；3一压头；4一试样；5--试样台；6一螺杆；7一手轮；8--弹簧；9一按钮；1()一杠杆；11一纵杆；12--重锤；13一齿杆；14--油压缓冲器；15一插销；16--转盘；17--小齿轮；18一扇齿轮图5—4

H一100型洛氏硬度试验机结构图图5—4H一100型洛氏硬度试验机结构图

实验步骤1、试验时，将符合要求的试样置于试样台上，顺时针旋转手轮，使试样与压头缓慢接触，直至表盘小指针指到“0”为止，此时已加预载荷98N(10kgf)。2、然后将表盘大指针调整至零点(HRA、HRC零点为0，HRB零点为30)。按下按钮，平稳地加上主载荷。表盘中大指针反向旋转若干格后停止，持续几秒(视材料软硬程度而定)，3、之后再顺时针旋转摇柄，直到自锁时，即卸去主载荷。此时大指针退回若干格，最后由表盘上可直接读出洛氏硬度值(HRA、HRC读外圈黑刻度，HRB读内圈黑刻度)。实验步骤特点优点：操作迅速简便，由于压痕小，故可在工件表面或较薄的金属上进行试验。同时，采用不同压头和载荷，可以测出从极软到极硬材料的硬度。缺点：因压痕较小，对组织比较粗大且不均匀的材料，测得的硬度不够准确。力学性能检验课件三、维氏硬度

维氏硬度的测试原理基本上和布氏硬度试验相同。。三、维氏硬度维氏硬度的测试原理基本上和布氏硬度试验相同1、试验原理

它是用一个相对面间夹角为136。的金刚石正四棱锥体压头，在规定载荷F的作用下压入被测金属表面，保持一定时间后卸除载荷。然后再测量压痕的两对角线长度的平均值d，进而计算出压痕的表面积S，最后求出压痕表面积上平均压力(F／S)，以此作为被测金属的硬度值，称为维氏硬度，用符号HV表示。即式中F的单位为kgf，d的单位为mm。1、试验原理若F的单位采用N时(1kgf=9.80665N)，则(5—5)式改写如下：从式(5—5)可看出，维氏硬度的单位是kgf／mm2，但习惯上只写出硬度数值而不标出单位。与布氏硬度值一样，在硬度符号HV之前的数字为硬度值，HV后的数值依次表示载荷和载荷保持时间(保持时间为10～15s时不标注)。例如1、640HV30表示在30kgf(294．2N)载荷下，保持10～15s测得的维氏硬度值为640。2、640HV30／20表示在30kgf(294．2N)载荷作用下，保持20s测得的维氏硬度值为640。若F的单位采用N时(1kgf=9.80665N)，则(5—5

维氏硬度试验常用的载荷有5(49.03)、10(98.07)、20(196.1)、30(294.2)、50(490.3)和100(980.7)kgf(N)等几种。试验时，载荷F应根据试样的硬度与厚度来选择。一般在试样厚度允许的情况下尽可能选用较大载荷，以获得较大压痕，提高测量精度。

由式(5—5)和式(5—6)可知，当所加载荷F已选定，则硬度值HV只与压痕两对角线的平均长度d有关，d愈大，则HV值愈小；反之，HV值愈大。实际测试时，硬度值并不需要计算，只要用装在机体上的测量显微镜测出压痕两对角线的平均长度d，就可根据d的大小在GB4340～84附表中查得硬度值。维氏硬度试验常用的载荷有5(49.03)、10(98.07维氏硬度试验法特点

优点：1、所加载荷小，压入深度浅，故适用于测试零件表面淬硬层及化学热处理的渗层(如渗碳层、渗氮层)的硬度；2、维氏硬度是一个连续一致的标尺，试验时载荷可任意选择，而不影响其硬度值的大小，因此可测定从极软到极硬的各种金属材料的硬度。缺点：其硬度值的测定较麻烦，工作效率不如测洛氏硬度高。力学性能检验课件四、显微硬度

布氏、洛氏及维氏硬度试验法的缺点用布氏、洛氏及维氏硬度试验法测定材料的硬度时，由于其载荷大，压痕面积大，只能得到金属材料组织的平均硬度值。也就是说，当金属材料是由几个相的机械混合物组成时，测得的硬度值只是这个混合物的平均硬度。但是在金属材料的试验工作中，往往需要测定某一组织组成物的硬度，例如测定某个相、某个晶粒、夹杂物或其它组成体的硬度；或者对于研究扩散层组织、偏析相、硬化层深度以及极薄层试样等，这时就可以应用显微硬度试验法。

四、显微硬度布氏、洛氏及维氏硬度试验法的缺点用布氏、洛显微硬度试验法其原理与维氏硬度试验法一样，也是以载荷与压痕表面积之比来确定，不同的是，显微硬度试验法所采用的载荷很小，一般在1～120gf(1gf=0．0098N)。若载荷F以gf为单位，压痕对角线平均长度d以pm为单位计算，则显微硬度值也可用HV表示，其计算公式为

若载荷F单位为N，d为μm，则上式可写成

实际试验时，硬度值并不需要用上述公式计算，只要用测量显微镜测出压痕两对角线的平均长度d，就可根据d的大小查表求得。显微硬度试验法其原理与维氏硬度试验法一样，也是以载荷与压痕表五、肖氏硬度

1、肖氏硬度试验是动力硬度试验中最简单的一种试验方法。2、试验方法试验时，使一定重量的标准冲头(底端镶有金刚石圆柱体)或钢球从一定高度H自由下落于试样表面，然后由于试样的弹性变形，又使其回跳到h高度，因此可用H与h的比值来计算肖氏硬度值HS式中HS——肖氏硬度；

K——肖氏硬度系数。

五、肖氏硬度肖氏硬度的大小与冲头回跳的高度成正比。因此，它取决于材料的弹性性质，即取决于材料弹性变形能的大小。肖氏硬度又称弹性回跳硬度。肖氏硬度的标定是以完全淬硬的高碳钢为样品，以其回跳的平均高度为标准，令此高度为100。为了能够测定更高硬度的材料，肖氏硬度的标定还可向上延伸到120或140。试验时冲头回跳高度所标示刻度即为肖氏硬度值

肖氏硬度的大小与冲头回跳的高度成正比。因此，它取决于材料第二节拉伸试验1、拉伸试验是力学性能试验中最基本的试验，是检验金属材料质量和研制、开发材料新品种工作中最重要的试验项目之一。在金属材料的技术条件中，绝大部分都以拉伸性能作为主要评定指标。同时，拉伸试验的数据又是机械制造和工程中选材的主要依据。2、钢的力学性能，主要是指钢的强度和塑性。钢的强度，就是钢抵抗变形和断裂的能力，即单位面积上所能承受的负荷，通常用符号盯表示，单位为帕，其符号为Pa。钢的塑性，就是钢在断裂前发生不可逆永久变形的能力，一般用断后伸长率和断面收缩率这两个指标来表示，其符号分别为艿和函，二者均以百分比表示。3、钢的拉伸试验可以测得强度和塑性。钢的强度指标有规定非比例伸长应力、规定总伸长应力、规定残余伸长应力、屈服点、抗拉强度等；钢的塑性指标有断后伸长率、屈服点伸长率、最大力下的伸长率、断面收缩率等。4、钢材的拉伸试验试样和试验方法，可分别按GB6397—86《金属拉伸试验试样》和GB228—87《金属拉伸试验方法》中的规定进行。第二节拉伸试验1、拉伸试验是力学性能试验中最基本的试验，一、拉伸试样的制备

1．取样部位根据检验项目的要求，按GB2975—82《钢材力学及工艺性能试验取样规定》进行取样，具体规定见表5—3。一、拉伸试样的制备1．取样部位表5—3钢材机械性能试验取样位置外形规格取样位置备注圆钢、方钢、六角钢≤6()mm>60mm取自钢材中心部位取自钢材半径1／2处图5—6槽钢、工字钢沿轧制方向从产品腰高的1／4处截取图5—7角钢、乙字钢、T形钢、球扁钢从产品腿长或腰高1／3处截取图5—8扁钢沿轧制方向取样，其中心线距扁钢边缘为板宽的1／3图5—9钢板在钢板端部垂直轧制方向取样，对于纵向轧板，其中心线距钢板边缘为板宽1／4；对于横向轧板，可在宽度的任一部位截取图5—1()表5—3钢材机械性能试验取样位置外形规格图5—6圆钢、方钢、六角钢及样坯取样位置图5—7槽钢、工字钢及样坯取样位置图5—6圆钢、方钢、六角钢及样坯取样位置图5—7槽钢、工字钢图5—8角钢、乙字钢、T形钢和球扁钢样坯取样位置图5—9扁钢样坯取样位置图5—10纵轧钢板样坯取样位置图5—8角钢、乙字钢、T形钢和球扁钢样坯取样位置图5—9扁钢

2．拉伸试样拉伸试样分棒材试样、板材试样、管材试样、铸件试样、锻件试样、线材试样等几种，而每一种拉伸试样又分为比例试样和定标距试样两种形式。下面介绍棒材试样和板材试样。(1)棒材试样棒材(包括方材和六方形材)，按标准要求加工成圆形比例试样(图5—11)，试样各部分加工尺寸见表5—4，各部位的尺寸偏差应符合表5—5的规定。图5—11圆形比例试样的两种不同形态2．拉伸试样拉伸试样分棒材试样、板材试样、管材试样、铸件试表5—4圆形比例试样各部分尺寸一般尺寸短试样长试样

d0/mm

r(最小)/mm试样号

L0

Lc试样号

L0

Lc单双肩螺纹

252015108653

55443332

12.5107.5543.53.52

R1R2R3R4R5R6R7R8

5d0L0+d0

R01R02R03R04R05R06R07R08

10d0L0+d0表5—4圆形比例试样各部分尺寸一般尺寸短试样需经热处理时，须先将毛坯试样进行热处理，然后再加工成拉伸试样。不需热处理的试样，可直接加工成拉伸试样。圆形试样直径乩试样标距部分直径do的允许偏差试样标距部分最大与最小直径J。的允许差值

<55～<10≥1()

±0.05±()．1±()．2

()()l()．()2()()5表5—5圆形试样的尺寸偏差试样需经热处理时，须先将毛坯试样进行热处理，然后再加工成拉伸

(2)板材试样对厚板、薄板材，一般截取矩形试样。矩形试样可分为带头和不带头的两种，其形状及侧面加工粗糙度如图5—12所示。带头矩形试样尺寸如表5—6所示。矩形试样加工偏差一般应符合表5—7的规定。对于厚度小于0．5～0．1mm的薄板(带)，一般采用定标距试样P8或P9。仲裁试验时，如有关标准无规定试样尺寸，应采用P4(P04)或P5(P05)试样的宽度b0。(2)板材试样对厚板、薄板材，一般截取矩形试样。一般尺寸短试样长试样a0

b0r试样号

L0LC试样号

L0LC

0.1～<1.01.0～4.0>4.0～12

101520

P1P2P15.65√S0

P01P02P0311.3√So

0.5～<454.5～25

2030

25～40

P4P5取最接近5的整数倍

L0+b0/2

P04P05取最接近l()的整数倍

L0+b0/2

0.1～<64.5～25

12.525

P6P7

P06P07

0.1～0.5

12.5

25～40

P850

75

75

20

P980

120

125表5～6带头矩形试样各部分尺寸注：S0表示试样标距处原始横截面面积。一般尺寸短试样长试样图5—12带头与不带头的矩形试样形态

(n)带头；(6)不带头表5—7矩形试样加工尺寸偏差矩形试样宽度60试样标距部分内宽度6。的允许偏差试样标距部分内最大与最小宽度6。的允许差值

1()12515

±0.2

0.1

20253()

±O．5

0.2图5—12带头与不带头的矩形试样形态表5—7矩形试样加工二、钢材强度指标钢的强度是通过拉伸试验测定的。拉伸试验一般是在万能试验机上进行的。拉伸试验时，试样在负荷平稳增加下发生变形直至断裂。此时利用万能试验机上的自动绘图装置，可以绘出试样在拉伸过程中伸长与负荷之间的关系曲线，习惯上称此曲线为试样的拉伸图，即F—AL曲线。图5—13为低碳钢试样的拉伸图。

1．规定非比例伸长应力金属试样在外力作用下发生的形状变化，称为变形。而恢复变形的能力则称为弹性。当外力去除之后，试样的变形即随之消失，而无残余变形，这种变形称为弹性变形。二、钢材强度指标钢的强度是通过拉伸试验测定的。拉伸试验一由拉伸图可知，弹性变形呈一直线段，这说明试样的伸长与外力的增加成正比关系(遵循胡克定律)。按照定义，比例极限应是应力一应变能保持正比关系的最大应力值，亦即在拉伸曲线上开始偏离直线时那一点所求得的应力。但在技术上很难准确测定这一点的位置(受所用测量仪器，特别是引伸计的精度的影响)，因此，标准中将原GB228—76中的“规定比例极限”这一定义取消。通常，工程上希望了解的是材料在多大应力作用下产生多大的应变，而不是拉伸曲线斜率偏离的大小。所以，在新标准GB228—87中规定为“规定非比例伸长应力”。图5—13低碳钢拉伸图由拉伸图可知，弹性变形呈一直线段，图5—13低碳钢拉伸图规定非比例伸长应力，就是试样标距的非比例伸长达到规定原标距百分比时的应力，表示此应力的符号应加脚注说明，如σp0.01、σp0.05等分别表示规定非比例伸长率为0．01％和0．05％的廊力，即式中σp--规定非比例伸长应力；·Fp---规定非比例伸长力；

So--试样平行长度部分的原始横截面面积。规定非比例伸长应力，就是试样标距的非比例伸长达到规定原标距

2．规定总伸长应力

规定总伸长应力就是试样标距部分的总伸长(弹性伸长加塑性伸长)达到规定的原始标距百分比时的应力，表示此应力的符号应加脚注说明，例如σt0.5表示规定总伸长率为0．5％时的应力，即式中σt．--规定总伸长应力；

Ft--规定总伸长力；

S。——试样平行长度部分的原始横截面面积。

2．规定总伸长应力3．规定残余伸长应力规定残余伸长应力，就是试样卸去伸长力后，其标距部分的残余伸长达到规定的原始标距百分比时的应力，表示此应力的符号应加脚注说明。例如σr0.2,。0.2表示规定残余伸长率为0.2％时的应力，即式中σr--规定残余伸长应力；

Fr——规定残余伸长力；

So--试样平行长度部分的原始横截面面积。上述三个定义适用于高碳钢和一些调质合金钢，这些钢种在拉伸过程中无明显屈服现象。3．规定残余伸长应力

4．屈服点有屈服现象的金属材料，当试样在试验过程中拉伸力不增加(保持恒定)时仍能继续伸长时的应力称为屈服点。出现屈服现象时，万能试验机上负荷的读数波动范围一般很小。如力发生下降，应区分上、下屈服点。上屈服点——试样发生屈服而力首次下降前的最大应力。下屈服点——当不计初始瞬时效应时，屈服阶段中的最小应力，即式中σs---屈服点；

σsu--上屈服点；

σsl--下屈服点；

Fs--屈服力；

Fsu——上屈服力；

Fsl——下屈服力；

So--试样平行长度部分的原始横截面面积。试样经过屈服阶段再除去负荷，部分变形不能恢复，这部分不能恢复的残余变形称塑性变形。4．屈服点

5．抗拉强度．金属试样屈服后，若要使其继续发生变形，则需增加外力以克服其中不断增长的抗力，这是因为材料在塑性变形过程中不断发生强化。在强化阶段中，试样的变形主要是塑性变形，其变形量要比弹性变形阶段内的变形大得多，试样的变形仍是均匀的，但可以看到整个试样的横向尺寸有显著缩小。当外力继续增加到某一最大值(图5—13曲线6点对应的力)时，试样的局部面积缩小，产生了所谓“缩颈”现象，故载荷也逐渐降低，直到试样被拉断。抗拉强度是指试样在拉断过程中最大力所对应的应力，即式中σb---抗拉强度；

Fb--试样承受的最大力；

So--试样平行长度部分的原始横截面面积。抗拉强度在工程技术上是很重要的，因为它表示材料在拉伸条件下所能承受的最大外力，所以，它是零件和工件设计时的主要依据，同时也是评定金属材料的重要指标之一。5．抗拉强度．三、钢材塑性指标

塑性是指材料产生塑性变形而不破坏的能力。在拉伸试验时，金属材料的塑性，可用伸长率和断面收缩率表示。

1．伸长率伸长率是试样在一定应力下的标距增长量与原标距长度之比。旧标准GB228—76仅规定了一个伸长率指标，即试样拉断后标距增长量与原标距长度之比。新标准GB228—87除将上述伸长率称为断后伸长率之外，还增加了屈服点伸长率、最大力下的伸长率等多种不同的伸长率。三、钢材塑性指标塑性是指材料产生塑性变形而不破坏的能力。

屈服点伸长率(δs)就是试样从屈服开始至屈服阶段结束(加工硬化开始)之间标距的增长量与原始标距长度的百分比。最大力下的伸长率就是试样拉到最大力时标距的增长量与原始标距长度的百分比。应区分最大力下的总伸长率δgt和最大力下的非比例伸长率δg断后伸长率就是试样拉断后，标距的增长量与原始标距长度的百分比，即式中d——断后伸长率；

Ll——试样拉断后的标距长度；

L0——试样原始标距长度。屈服点伸长率(δs)就是试样从屈服开始至

2．断面收缩率断面收缩率就是试样拉断后，缩颈处横截面面积的最大缩减量与原始横截面面积的百分比，即式中ψ——断面收缩率；

So--试样平行长度部分原始横截面面积；

S1——试样拉断后缩颈处的最小横截面面积。通常，δ、ψ的数值越大，材料的塑性越好。反之，材料的塑性越差，脆性越大。根据金属材料的伸长率δ和断面收缩率ψ的大小，很容易确定各种材料的塑性好坏。影响因素钢的强度、塑性与其含碳量有着密切关系。随着钢的含碳量的增加，其强度增高而塑性减小。钢的强度和塑性还与温度有关。一般来说，温度越高，强度越低，塑性越好。所以，钢材的轧制和锻造时都将其加热到高温使其组织转变为塑性良好的奥氏体，以便于塑性成形。2．断面收缩率四、强度和塑性的测定

1．规定非比例伸长应力的测定用自动记录方法绘制力一伸长曲线图时，力轴每毫米所代表的应力，一般应不大于10MPa，曲线的高度应使Fp处于力轴量程的二分之一以上。伸长放大倍数的选择应使图5—14中的OC段的长度不小于5mm。作图步骤：在曲线图上，自弹性直线段与伸长轴交点0起，截取一相应于规定非比例伸长的OC段(OC=n*Le*εp。)，过C点作弹性直线段的平行线CA交曲线于A点，A点对应的Fp为所测规定非比例伸长力(见图5—14)，规定非比例伸长应力按下式计算：式中Fp--规定非比例伸长力(试验记录或报告中应附以所测应力的角注)，N；So--试样平行长度部分的原始横截面面积，m。。四、强度和塑性的测定1．规定非比例伸长应力的测定

2．规定总伸长应力的测定采用图解法测定规定总伸长应力。用自动记录方法绘制力一伸长曲线图时，力轴每毫米长所代表的应力，一般应不大于IOMPa。伸长放大倍数一般至少应为50倍。图5—14图5—15n一伸长或位移放大倍数；L。一引伸计标距；εt．一规定总伸长率n一伸长或位移放大倍数；Le一引伸计标距εe，一规定非比例伸长率2．规定总伸长应力的测定图5—14在曲线图上，自曲线的真实原点D起，截取相应于规定总伸长的OE段(OE=n*Le*εt)，过E点作力轴的平行线EA交曲线于A点，A点对应的力F。为规定总伸长力(图5---15)。规定总伸长应力可按下式计算：式中Ft——规定总伸长力(试验记录或报告中应附以所测力的角注)，N；

So--试样平行长度部分的原始横截面面积，m。。在曲线图上，自曲线的真实原点D起，截取相应于规定总伸长的OE

3．规定残余伸长应力的测定‘

实验方法可用卸力法测定规定残余伸长应力。拉伸试验时，试样置放妥当后，对试样施加约相当于预期规定残余伸长应力1096的力F∞装上引伸计。继续施力至2Fo后再卸至F∞记下引伸计读数作为条件零点。从F。起第一次施力至试样在引伸计标距内产生的总伸长为n*Le*εr+(1~2)分格(1分格=0．01mm，n为伸长或位移放大倍数，L。为引伸计标距，εr，为规定残余伸长率)。式中第一项为规定残余伸长，第二项为弹性伸长。在引伸计上读出首次卸至F。的残余伸长。以后每次施力应使试样产生的总伸长为前一次总伸长加上规定残余伸长与该次残余伸长(卸至F。)之差，再加上(1～2)分格的弹性伸长增量。试验直至实测的残余伸长等于或稍大于规定残余伸长值为止。如果掌握被试验金属材料所测规定残余伸长应力所对应的总伸长的大致范围，则可使第一次施力的总伸长接近预计值，以便迅速求得F0

用内插法算出相应于规定残余伸长的Fr，的精确值。规定残余伸长应力可按下式计算：式中Fr——规定残余伸长力(试验记录或报告中应附以所测应力的脚注)，N；

So--试样平行长度部分的原始横截面面积，m。。3．规定残余伸长应力的测定‘

4．屈服点、上屈服点、下屈服点的测定有明显屈服现象的金属材料，应测定其屈服点、上屈服点或下屈服点，但有关标准或协议无规定时，一般只测定屈服点或下屈服点。无明显屈服现象的金属材料应测定其规定非比例伸长应力σp0.2．z或规定残余伸长应力σr0.24．屈服点、上屈服点、下屈服点的测定

(1)图解法。试验时，用自动记录装置绘制力～伸长曲线图或力一夹头位移曲线图，力轴每lmm所代表的应力，一般应不大于IOMPa，伸长(夹头位移)放大倍数应根据材质进行适当选择，曲线应至少绘制到屈服阶段结束点。在曲线上确定屈服平台恒定的力Fs。(图5—16(d))或屈服阶段中力首次下降前的最大力Fsu。(图5—16(c))或不计初始瞬时效应时的最小力Fsl(图5—16(a)、(b))。屈服点、上屈服点或下屈服点可分别按以下各式计算：式中Fs——屈服力，N；

Fsu-上屈服力，N；

Fsl-下屈服力，N；

So--试样平行长度部分的原始横截面面积，m2。(1)图解法。试验时，用自动记录装置绘制力～伸长曲线图或力图5一16用图解法从曲线上确定力的方法图5一16用图解法从曲线上确定力的方法

(2)指针法。生产检验允许使用指针法测定屈服点、上屈服点和下屈服点。试验时，测定测力度盘的指针首次停止转动的恒定力，或指针首次回转前的最大力或不计初始瞬时效应时的最小力，然后分别代人公式求出对应的应力为屈服点和上、下屈服点。

5．抗拉强度的测定测定屈服点后，对试样继续加荷至拉断试样为止。从测力度盘上读取最大力Fb。抗拉强度可按下式计算：式中Fb--最大力，N；

S0--试样平行长度部分的原始横截面面积，m。。(2)指针法。生产检验允许使用指针法测定屈服点、上屈服点和

6．伸长率的测定

(1)屈服点伸长率的测定。用自动记录装置绘制力一伸长曲线图时，应选择适当的力轴比例，而伸长放大倍数则应根据屈服阶段结束(加工硬化开始)前的伸长量进行选择。所使用的引伸计标距应尽可能等于试样原始标距。在曲线上过屈服阶段结束点G作弹性直线段的平行线GF交伸长轴于F点，延长弹性直线段交伸长轴于O点，然后测量图上OF的长度(图5—17)。屈服点伸长率可按下式计算：

图5—17图5-186．伸长率的测定图5—17(2)最大力下的总伸长率和最大力下的非比例伸长率的测定。用自动记录装置绘制力一伸长曲线，应选择适当的力轴比例，应根据达到最大力时的总伸长量选择适当的伸长放大倍数。所使用的引伸计标距应尽可能等于试样原始标距。在曲线上过最大力点K，分别作力轴和弹性直线段的平行线KI和KJ，交伸长轴于，点和，点。延长弹性直线段交伸长轴于0点，然后测量图中OI和OJ的长度(图5一18)。最大力下的总伸长率和最大力下的非比例伸长率可分别按下式计算：式中n——伸长或位移放大倍数；

L。——引伸计标距，mm。(2)最大力下的总伸长率和最大力下的非比例伸长率的测定。用自

(3)断后伸长率的测定。将拉断后的试样断裂处紧密对接，尽量使其轴线位于一直线上，以测量断后长度断后标距Ll的测量：

1)直测法。拉断处到最邻近标距端点的距离大于1/3Lo时，可直接测量标距两端点间的距离。

2)移位法。若拉断处到最邻近标距端点的距离小于或等于1/3L0时，则按下述方法测定L1。在长段上从拉断处0取基本等于短段格数，得B点，接着取等于长段所余格数(偶数，图5—19(口))的一半，得C点；或者取所余格数(奇数，图5—19(6))分别减1与加1的一半，得C和Cl点。移位后的L1分别为：AB+2BC和AB+BC+BCl。图5～19移位法测定断后伸长率示意图(3)断后伸长率的测定。将拉断后的试样断裂处紧密对接，尽量图5～19移位法测定断后伸长率示意图图5～19移位法测定断后伸长率示意图测量断后标距的量具其最小刻度值应不大于0．1mm。断后伸长率按下式计算：式中Lo--试样原始标距长度，mm；

Ll——试样拉断后标距长度，mm。短、长比例试样的断后伸长率分别以符号δ5δ10(δ)表示。定标距试样的断后伸长率应附以该标距数值的脚注，例如Lo=100mm或200mm，则分别以符号δ100mm或δ200mm表示。测量断后标距的量具其最小刻度值应不大于0．1mm。断后伸长率

7．断面收缩率的测定

试样断裂处的截面积的测定方法是：对圆形试样在缩颈处两个相互垂直方向上测量其直径，用二者的算术平均值计算。矩形试样用缩颈处的最大宽度乘以最小厚度求得。求出试样断裂处的截面积后，将其代入下式计算：式中So--试样原始截面积，mm2；

S1——试样断裂(缩颈)处的截面积，mm2。7．断面收缩率的测定第三节冲击试验1、冲击韧性金属材料在冲击负荷作用下，抵抗破坏的能力称为冲击韧性。2、金属材料的冲击韧性的好坏可通过冲击试验来测定。目前最普遍应用的一种冲击试验是一次摆锤弯曲冲击试验。第三节冲击试验1、第三节冲击试验3、由一次摆锤弯曲冲击试验获得的一次冲击韧性值aK对材料的一些缺陷很敏感，它能反映出材料的宏观缺陷和显微组织方面的微小变化，因而是检验材料或工件中的白点、夹杂物、层状、夹渣、气泡、压力加工产品各向异性、淬火过热、过烧、变形时效及回火脆性等的有效方法之一。

另外，aK

对材料的脆性转化也很敏感，可利用低温冲击试验测定钢的冷脆性。因此冲击试验得到了广泛应用。第三节冲击试验一、冲击试样的制备冲击试验标准试样有夏比u型缺口试样和夏比V型缺口试样两种，习惯上前者称为梅氏试样，后者称为夏氏试样。两种试样的尺寸及加工要求如图5—20和图5—21所示。

两种试样的缺口深度一样，而缺口底部半径不同，u型为1mm，V型为0．25mm，因此，V型缺口应力相对集中，当试样受到冲击时，就显得更敏感。图5—20夏比U型缺口试样一、冲击试样的制备图5—20夏比U型缺口试样图5—21

夏比V型缺口试样图5—21夏比V型缺口试样二、室温冲击试验摆锤冲击试验，就是将标准冲击试样置于冲击试验机支座上，然后释放具有一定位能的重锤，把试样一次冲断.图5—22试样置放示意图图5—23冲击试验机l一试样；2--试样支撑面；3一重锤l一重锤；2一试样；3一支撑面；4一指针；5一刻度盘式中二、室温冲击试验图5—22试样置放示意图击断试样所作的功AKv或AKu，即为冲击吸功。冲击吸收功可直接从冲击试验机