金属拉伸试样断口分析方法.pdf

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2000年第3期
物理W试
金属拉伸试祥断口分析方法
红
一体地一
南通市计量检定测试所,226001
(通市产品质量监督检验所,226005)
箱讨论了金屬拉伸试验过程中拉伸试样的应力分布情祝和断裂过程,分析了影响断口形貌的
因素,并将拉伴断口与冲击断口进行此较。提出的金属拉伸试样断口分析方法是可行的。
关镜词金伸试样,斯以A析法
送P8し?产7多
Analysis Method of Fracture Surface of
Metallic Tension Test Specimen
Miao Jianhong
( Nancong Ekg Caliban and Mesurement Institue 226001)
Ding Jinkun
( Neg os li Ss a on Insitute, 226005
Abstract he stress and race behr f e st m e g e f m allic so
testing are appd T acos ht afe the fraue shae ca e are disused. The fracture
s of n s m w that of mpa ample It i ut orwand that the amal
ysis method of fracture s ae of metallic s n est s men s available
Key wuds metal, ters st specim, frue a analysis method
通过对断形貌特征进行全面的观察与分析,可进而研究断裂的类型、方式、路径、过程、
性质、原因和机理等。近年来,不少学者运用扫描电子显徽镜、X射线光电子能谱等先进似器
设备分析断口形貌特征,并已开始采用分形分析方法等对断口形貌进行定量研究,以便获得对
金属材料断裂机制的本质认识,进行金属新材料及新型复合材料的性能分析和研制工
作[2
金属斷口分析的研究对象大多为冲击、抗折等断口,而近来对金属拉伸试样断口进行的观
察与分析也时有报道[7。本文着重讨论金属拉伸试验过程中的应力分布变化情况、裂纹萌
生与扩展过程,并分析影响断口形貌的因素。作者提出的金属拉伸试样断口分析方法可将宏
观力学性能指标与徽观断裂过程结合起来,从而形成对所分析金属材料張韧化机理的本质认
识
1金属拉伸试验过程的应力況
1.1产生缩颈前的应力状态
根据退火态低碳钢等金属拉伸试验的典型应力一应变(载荷一变形)曲线,整个拉伸试验
过程中的变形可以分为四个部分:①弹性变形;②屈服变形;③均匀塑性变形;①缩颈产生
件收到日期:99-11-15
?红,男,33岁,工程师
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的局部集中塑性变形。当拉仲试样未发生缔颈时,在拉伸载荷F的作用下,试样发生均匀的
弹塑性变形。如横截面积为S,则试样横裁面上的正应力为
F
Z
为了全面了解试样承受的应力情况?,现假设
沿图1中Z-Z面(其法线n与试样的夹角为a)把
试样的右段切掉,则在斜截面上形成了沿试样轴线
的应力a',其值为:
G≈
其中S'为斜截面的面积,与S存在关系式:
日1拉伸试样微面上的应力
(3)
cosa
在图1中,斜裁面上的应力a'可以分
解为垂直于Z-Z載面的正应力a。和平行
于ZーZ截面的剪应力で。:
(4)
(5)
r A
将(1)、(2)、(3)、(4)、(5)式进行整理,F
得拉伸试样任一截面上的正应力a。和剪
应力xa:
g-=0.cosa
6
て。ニ六sa
(7)
2处应力分布况
1.2缩颈部位的应力分布
庭誉拉伸载荷F的继续加大,会同时出现金属形变硬化和承裁裁面积减小两种情形。当
由形变硬化引起的承載能力升高抵偿不了因截面积减小引起的承款能力下降时,就会产生编
颈现象[10
在图2中,连于细颈附近的最小讃截面轴向投影区域以外的金属仍然处于无应力状态,
拉伸时,这部分金属将阻止试样的横向变化(横向收缩)。陈对缩颈部位的应力应变问题
进行分析,得出如下结果
2R
(8
=?,+ao=oo[1+ln(+g
2R
(9
其中,a是某一瞬时缩颈最小截面处的半径;R是某一瞬时缩颈外表面轮廊的曲率半径;r是
距试样中心的距离。
可见,在图2中距试样中心r处不再是只承受单向拉应力,而是处于轴向应力径向应
カa,和切向应力a:作用下的三向拉应力状态。上述分析结果与 Bridgman的研兗结果基础
吻合。