金屬單向靜拉伸實(shí)驗(yàn)

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1、金屬單向靜拉伸實(shí)驗(yàn)講義一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．了解拉伸實(shí)驗(yàn)機(jī)的基本原理和操作規(guī)程。2．掌握金屬拉伸性能指標(biāo)的測(cè)定方法3.熟悉標(biāo)準(zhǔn)光滑拉伸試樣的規(guī)范。二、實(shí)驗(yàn)原理Ⅰ低碳鋼（Q235鋼）拉伸實(shí)驗(yàn)原理做拉伸實(shí)驗(yàn)時(shí)，利用萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)的自動(dòng)繪圖裝置及拉伸過(guò)程各特征點(diǎn)的示力度盤(pán)讀數(shù)或電子拉力試驗(yàn)機(jī)的X—Y函數(shù)記錄儀，可測(cè)繪出低碳鋼試樣的拉伸圖，即圖1所示的拉力F與伸長(zhǎng)Lu—L0之間關(guān)系曲線。圖中起始階段呈曲線，是由于試樣頭部在試驗(yàn)機(jī)夾具內(nèi)有輕微滑動(dòng)及試驗(yàn)機(jī)各部分存在間隙等原因造成的。分析時(shí)可將其忽略直接把圖中的直線段延長(zhǎng)與橫坐標(biāo)相交于O

2、點(diǎn)，作為其坐標(biāo)原點(diǎn)。拉伸圖形象地描繪出鋼材的受力變形特征以及各階段受力與變形之間的關(guān)系，但同一種鋼材的拉伸曲線會(huì)因試樣尺寸不同而異。為了使同一種鋼材不同尺寸試樣的拉伸過(guò)程及其特性點(diǎn)便于比較，以消除試樣幾何尺寸的影響，可將拉伸曲線圖的縱坐標(biāo)（拉力F）除以試樣的原始橫截面面積S0，并將橫坐標(biāo)（伸長(zhǎng)ΔL）除以試樣的原始標(biāo)距L0，這樣得到的曲線便與試樣尺寸無(wú)關(guān)，此曲線稱(chēng)為應(yīng)力—應(yīng)變曲線如圖2所示。從曲線上可以看出，它與拉伸圖曲線相似，更清晰表征了鋼材的力學(xué)性能。拉伸實(shí)驗(yàn)過(guò)程分為四個(gè)階段如圖1和圖2所示。圖1低碳鋼試樣拉伸圖圖2

3、低碳鋼應(yīng)力延伸率圖（1）彈性階段OA：在此階段中的OP段，其拉力F和伸長(zhǎng)Δ6L成正比關(guān)系，表明鋼材的應(yīng)力R與延伸率（或稱(chēng)應(yīng)變）為線性關(guān)系，完全遵循虎克定律，則OP段稱(chēng)為線彈性階段。故點(diǎn)P對(duì)應(yīng)的應(yīng)力RF稱(chēng)為材料的比例極限，如圖3所示。在此彈性階段內(nèi)可以測(cè)定材料的彈性模量E，它是材料的彈性性質(zhì)優(yōu)劣的重要特征之一。實(shí)驗(yàn)時(shí)如果當(dāng)應(yīng)力繼續(xù)增加達(dá)到A點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力Re時(shí)，則應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系不再是線性關(guān)系，但變形仍然是彈性的，即卸除拉力后變形完全消失，這呈現(xiàn)出非線性彈性性質(zhì)。故A點(diǎn)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力Re稱(chēng)為材料的彈性極限，把PA段稱(chēng)為非

4、線性彈性階段。工程上對(duì)材料的彈性極限（非線性階段）和比例極限（線彈性階段）并不嚴(yán)格區(qū)分，而是把拉力卸掉后，用精密儀器測(cè)定其不能恢復(fù)的塑性應(yīng)變約為0.02%所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力值界定為規(guī)定非比例伸長(zhǎng)應(yīng)力（或稱(chēng)條件彈性極限）Re0.02，它是控制鋼材在彈性變形范圍內(nèi)工作的有效指標(biāo)，在工程上很有實(shí)用價(jià)值。（2）屈服階段AS′：當(dāng)應(yīng)力超過(guò)彈性極限繼續(xù)增加達(dá)到鋸齒狀曲線SS′時(shí)，示力度盤(pán)上的指針暫停轉(zhuǎn)動(dòng)或開(kāi)始稍微回轉(zhuǎn)并往復(fù)運(yùn)動(dòng)，這時(shí)在試樣表面上可看到表征金屬晶體滑移的跡線，大約與試樣軸線成45°方向的螺旋線。這種現(xiàn)象表征試樣在承受的拉力

5、不繼續(xù)增加或稍微減小的情況下卻繼續(xù)伸長(zhǎng)達(dá)到塑性變形發(fā)生，這種現(xiàn)象稱(chēng)為試樣材料的屈服，其相對(duì)應(yīng)的應(yīng)力稱(chēng)為屈服應(yīng)力（或屈服強(qiáng)度）。示力度盤(pán)的指針首次回轉(zhuǎn)前的最高應(yīng)力ReH稱(chēng)為上屈服強(qiáng)度，在屈服階段不計(jì)初始瞬時(shí)效應(yīng)時(shí)的最低應(yīng)力ReL稱(chēng)為下屈服強(qiáng)度。由于上屈服強(qiáng)度受試驗(yàn)速率、試樣變形速率和試樣形式等因素的影響不夠穩(wěn)定，而下屈服強(qiáng)度則比較穩(wěn)定，故工程中一般要求準(zhǔn)確測(cè)定下屈服強(qiáng)度ReL作為材料的屈服極限σs。其計(jì)算公式為ReL=FeL/S0。如果材料沒(méi)有明顯的屈服現(xiàn)象時(shí)，工程上常用產(chǎn)生規(guī)定殘余延伸率為0.2%時(shí)的應(yīng)力Rr0.2作為

6、規(guī)定殘余延伸強(qiáng)度，又稱(chēng)條件屈服極限σr0.2。屈服強(qiáng)度（或屈服極限）是衡量材料強(qiáng)度性能優(yōu)劣的一個(gè)重要指標(biāo)。本實(shí)驗(yàn)要求準(zhǔn)確測(cè)定其屈服強(qiáng)度。（3）強(qiáng)化階段S′B：當(dāng)過(guò)了屈服階段后，試樣材料因發(fā)生明顯塑性變形，其內(nèi)部晶體組織結(jié)構(gòu)重新得到了排列調(diào)整，其抵抗變形的能力有所增強(qiáng)，隨著拉力的增加，伸長(zhǎng)變形也隨之增加，故拉伸曲線繼續(xù)上凸升高形成S′B曲線段，稱(chēng)為試樣材料的強(qiáng)化階段。在該階段中試樣隨著塑性變形量累積增大，促使材料的力學(xué)性能也發(fā)生變化，即材料的塑性變形性能劣化，材料抵抗變形能力提高，這種特征稱(chēng)為形變強(qiáng)化或冷作硬化。當(dāng)拉力增

7、加達(dá)到拉伸曲線頂點(diǎn)B時(shí)，示力度盤(pán)上的主動(dòng)針開(kāi)始返回，而被動(dòng)針?biāo)傅淖畲罄镕m，依它求得材料抗拉強(qiáng)度Rm=Fm/S0，它也是衡量材料強(qiáng)度性能優(yōu)劣的又一重要指標(biāo)。本實(shí)驗(yàn)也要準(zhǔn)確測(cè)定其抗拉強(qiáng)度。（4）頸縮和斷裂階段BK：對(duì)于低碳鋼類(lèi)塑性材料來(lái)說(shuō)，在承受拉力達(dá)Fm以前，試樣發(fā)生的變形在各處基本上是均勻的。但在達(dá)到Fm以后，則變形主要集中于試樣的某一局部區(qū)域，在該區(qū)域處橫截面面積急劇縮小，這種特征就是所謂頸縮現(xiàn)象。試驗(yàn)中試樣一旦出圖3低碳鋼試樣斷口現(xiàn)“頸縮”，此時(shí)拉力隨即下降，示力度盤(pán)上的主動(dòng)針繼續(xù)回轉(zhuǎn)，直至試樣被拉斷，則拉

8、伸曲線由頂點(diǎn)B急劇下降至斷裂點(diǎn)K，故稱(chēng)曲線BK階段為頸縮和斷裂階段。試樣拉斷后，彈性變形消失，而塑性變形則保留在拉斷的試樣上，其斷口形貌成杯錐狀如圖3所示。利用試樣原始標(biāo)距內(nèi)的殘余變形來(lái)計(jì)算材料的斷后伸長(zhǎng)率A和斷面收縮率Z，其計(jì)算公式為：6斷后伸長(zhǎng)率；斷面收縮率。式中L0為原始標(biāo)距長(zhǎng)度，S0為原始橫截面面積，Lu為試樣斷裂后標(biāo)距長(zhǎng)