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金属产品的拉伸试验



拉伸试验

电子拉伸试验机在力或者力和其他外界因素的共同作用下,金属会产生变形并且最终可能导致断裂。随若受载方式的不同,加上温度、介质等各方面因素的变化,金属的变形一断裂行为常常是各式各样的,因此要建立一系列的力学性能试验方法,从相当高的温度到接近绝对零度,从0态载荷,冲击载荷到交变载荷,用以检验材料在各种受力状态下的行为。其中0载试rl是最墓本的试验方法,它要求对给定尺寸的试样按规定的条件施加以逐渐增大的载荷,材料拉伸试验机载荷变化的速度应不影响材料的变形行为。同时,除应力状态外,其他外界条件应当是固定的。通过静载试验可以确定材料受力后产生的变形(弹性变形、塑性变形)的限度和它抵抗变形的能力,这些数据广泛应用于结构和机件的强度设计和刚度设计中,也为金属加工工艺提供有关材料变形行为的重要资料。在生产金属材料的工厂,静载试验是检验材料质旦的基本手段之一。此外,科学工作者能够从材料的变形一断裂行为的分析中得到很多有关金属性态的有用资料,这些资料对研究和改善金属材料的性能,探讨金属内部的变化机构是十分需要的。

拉伸试验机静载试验的方法很多,可以通过拉伸、压缩、弯曲、扭转、剪切、压入以及更复杂的施力方式加载,即分别为拉伸试验、压缩试验、弯曲试验、扭转试验、剪切试验、硬度试R等等不同的试验类型。但对金属材料来说最经典的试验方法是拉伸试验,通过拉伸试验可以测定材料在单向拉应力作用下的正弹性模量E、比例极限口,、屈服点口.或屈服强度a0.2、抗拉强度口。、伸长率6及断面收缩率f等指标。

一、拉伸试脸曲线

拉伸试验机拉伸试验曲线是截面均匀的试样在连续增长的轴向拉伸载荷作用下测出的实验曲线(当然可以用截面不均匀的试样以及非轴向载荷或多向拉伸载荷的试验方法),试验的结果可以全部在这根曲线上观察得到。试验曲线有下列几种表示方法:

1.载荷一伸长曲线(尸一△I曲线)这是拉伸试验机的记录器在试验过程中材料拉伸试验机直接描画出的曲线是载荷的大小,01指试样标距长度受力后的伸长量。

2.(工程的)应力一应变曲线.(“一‘曲线)F。为试样原有的横截面积,则拉伸应力。曲线就是(工程的)应力一应变曲线,这根曲线的形状和尸一△I曲线是相似的,仅在尺寸比例上有一些差异。

3.真应力一真应变曲线(S-eS--O。曲线)把试样在受载过程中任一瞬间单位截面上受到的内力称为真应力SF是当试样受到载荷尸作用时的横截面积。由于工程设计方面主要考虑的是构件的承载能力,所以力学上着重讨论的是(工程的)应力二应变曲线及由此形成的各种力学指标。但对材料工作者来说,为了更深入了解金属的变形行为,并希望进一步探索其内部的机制,他们往往对真应力一真应变曲线更感兴趣。

应力一应变曲线的大小和形状决定于金属的成分、热处理、预变形等历史情况,同时也受试验时其他外界因素所影响,所以是会有很大差别的。就钢铁材料来说,不同类型的钢的变形情况也是不同的,有的钢具有以下四个阶段的典型的变形行为,但这四个变形阶段并不是所有钢种万能拉伸试验机的应力一应变曲线上都会出现的。

(1)拉伸试验机弹性变形阶段:曲线的起始部分

(2)拉伸试验机屈服阶段:超出弹性变形范围之后,有的材料在塑性变形的初期产生明显的塑

性流动,这种情况发生时,应力或者只有微小的增加,或者不增加,或者在一个小范围内上下波动,于是应力一应变曲线上出现水平屈折或者锯齿形态(ab)

(3)拉伸试验机均匀变形阶段:屈服之后试样开始均匀变形。变形量越大,为使材料变形所1*U

要的应力也越大,这种情形称为应变硬化,当应力一应变曲线达到最高点‘时,均匀变形阶段结束。

(4)拉伸试验机局部变形阶段:从试样承受最大应力的点c开始直到断裂点d为止。在这过程中,试样的某个区域呈现颈缩现象。颈缩一旦出现后,变形不再在试样的整个民度上进行而仅仅集中在这个小区域之内,由于颈部的真应力急剧上升,试样很快走向断裂。正火、退火、调质成铁素体加珠光体组织或回火索氏体组织的各种碳素结构钢、低合金结构钢的变形曲线同时具备上述四个部分。但硬化程度较高的钢变形时没有物理屈服行为。经过冷形变的钢,低、中温回火的结构钢,高温回火或退火的高碳钢大都属于这样的类型。受到强烈硬化的材料(如经大变形量冷拔过的钢丝)甚至连均匀变形阶段也不会出现。曲线属于典型的

脆性材料(如淬硬的高碳钢),在拉伸过程中不显露明显的塑性变形。还有一些像fix锰耐JO钢那样应变硬化能力很强的材料会出现象的变形情况,在应力一应变曲线上有性变形和均匀硬化两个阶段,但不形成颈缩。其他金属材料的变形行为一般不会超出上面这几种类型,但例外的情况也不是没有的。例如,有的材料的变形曲线上看不到明显的线性的弹性变形部分,至少有两类材料可以归入这种情况,一类是所有未经硬化处理过的塑性良好的金属(如纯铜、纯铝等),它们的塑性变形范围相当大而弹性区域又甚小,往往在宏观上看不出线性的弹性变形过程来。另一类是铸铁,铸铁内部存在着力学性质差异极为悬殊的两个组元:铁合金的基体和石墨,实际可以看成是含有大量空洞的一种组织,当加载时,随着载荷增大,试样真正的承载面积会发生变化,这就产生了应力与应变不呈现正比关系的表象。

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