金屬單向靜拉伸實驗

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1、金屬單向靜拉伸實驗講義一、實驗?zāi)康?．了解拉伸實驗機的基本原理和操作規(guī)程。2．掌握金屬拉伸性能指標的測定方法3.熟悉標準光滑拉伸試樣的規(guī)范。二、實驗原理Ⅰ低碳鋼（Q235鋼）拉伸實驗原理做拉伸實驗時，利用萬能材料試驗機的自動繪圖裝置及拉伸過程各特征點的示力度盤讀數(shù)或電子拉力試驗機的X—Y函數(shù)記錄儀，可測繪出低碳鋼試樣的拉伸圖，即圖1所示的拉力F與伸長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機夾具內(nèi)有輕微滑動及試驗機各部分存在間隙等原因造成的。分析時可將其忽略直接把圖中的直線

2、段延長與橫坐標相交于O點，作為其坐標原點。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程及其特性點便于比較，以消除試樣幾何尺寸的影響，可將拉伸曲線圖的縱坐標（拉力F）除以試樣的原始橫截面面積S0，并將橫坐標（伸長ΔL）除以試樣的原始標距L0，這樣得到的曲線便與試樣尺寸無關(guān)，此曲線稱為應(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性能。拉伸實驗過程分為四個階

3、段如圖1和圖2所示。圖1低碳鋼試樣拉伸圖圖2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Δ6L成正比關(guān)系，表明鋼材的應(yīng)力R與延伸率（或稱應(yīng)變）為線性關(guān)系，完全遵循虎克定律，則OP段稱為線彈性階段。故點P對應(yīng)的應(yīng)力RF稱為材料的比例極限，如圖3所示。在此彈性階段內(nèi)可以測定材料的彈性模量E，它是材料的彈性性質(zhì)優(yōu)劣的重要特征之一。實驗時如果當應(yīng)力繼續(xù)增加達到A點所對應(yīng)的應(yīng)力Re時，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

4、性彈性性質(zhì)。故A點對應(yīng)的應(yīng)力Re稱為材料的彈性極限，把PA段稱為非線性彈性階段。工程上對材料的彈性極限（非線性階段）和比例極限（線彈性階段）并不嚴格區(qū)分，而是把拉力卸掉后，用精密儀器測定其不能恢復的塑性應(yīng)變約為0.02%所對應(yīng)的應(yīng)力值界定為規(guī)定非比例伸長應(yīng)力（或稱條件彈性極限）Re0.02，它是控制鋼材在彈性變形范圍內(nèi)工作的有效指標，在工程上很有實用價值。（2）屈服階段AS′：當應(yīng)力超過彈性極限繼續(xù)增加達到鋸齒狀曲線SS′時，示力度盤上的指針暫停轉(zhuǎn)動或開始稍微回轉(zhuǎn)并往復運動，這時在試樣表面上可看到

5、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不繼續(xù)增加或稍微減小的情況下卻繼續(xù)伸長達到塑性變形發(fā)生，這種現(xiàn)象稱為試樣材料的屈服，其相對應(yīng)的應(yīng)力稱為屈服應(yīng)力（或屈服強度）。示力度盤的指針首次回轉(zhuǎn)前的最高應(yīng)力ReH稱為上屈服強度，在屈服階段不計初始瞬時效應(yīng)時的最低應(yīng)力ReL稱為下屈服強度。由于上屈服強度受試驗速率、試樣變形速率和試樣形式等因素的影響不夠穩(wěn)定，而下屈服強度則比較穩(wěn)定，故工程中一般要求準確測定下屈服強度ReL作為材料的屈服極限σs。其計算公式為R

6、eL=FeL/S0。如果材料沒有明顯的屈服現(xiàn)象時，工程上常用產(chǎn)生規(guī)定殘余延伸率為0.2%時的應(yīng)力Rr0.2作為規(guī)定殘余延伸強度，又稱條件屈服極限σr0.2。屈服強度（或屈服極限）是衡量材料強度性能優(yōu)劣的一個重要指標。本實驗要求準確測定其屈服強度。（3）強化階段S′B：當過了屈服階段后，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，隨著拉力的增加，伸長變形也隨之增加，故拉伸曲線繼續(xù)上凸升高形成S′B曲線段，稱為試樣材料的強化階段。在該階段中試樣隨著塑性變

7、形量累積增大，促使材料的力學性能也發(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，這種特征稱為形變強化或冷作硬化。當拉力增加達到拉伸曲線頂點B時，示力度盤上的主動針開始返回，而被動針所指的最大拉力為Fm，依它求得材料抗拉強度Rm=Fm/S0，它也是衡量材料強度性能優(yōu)劣的又一重要指標。本實驗也要準確測定其抗拉強度。（4）頸縮和斷裂階段BK：對于低碳鋼類塑性材料來說，在承受拉力達Fm以前，試樣發(fā)生的變形在各處基本上是均勻的。但在達到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

8、面面積急劇縮小，這種特征就是所謂頸縮現(xiàn)象。試驗中試樣一旦出圖3低碳鋼試樣斷口現(xiàn)“頸縮”，此時拉力隨即下降，示力度盤上的主動針繼續(xù)回轉(zhuǎn)，直至試樣被拉斷，則拉伸曲線由頂點B急劇下降至斷裂點K，故稱曲線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。利用試樣原始標距內(nèi)的殘余變形來計算材料的斷后伸長率A和斷面收縮率Z，其計算公式為：6斷后伸長率；斷面收縮率。式中L0為原始標距長度，S0為原始橫截面面積，Lu為試樣斷裂后標距長