金属材料力学性能试验 拉伸试验.pdf

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vol,30No.1(1994)
理化检验一物理分册
绵者按:从本期开给持畔“全材料力学性能验”专题讲座专栏,主要萎于近年来カ学性能測试積
术的发展扣检验队伍的扩大、特别是大量断生力量的涌現,虽需哮摄和捉高有关力学性能试登的基融知
识扣燥作枝能也基子当前各地开張的カ学性能专业人员黃鉴定和培训エ件的需要?旨在为参加資格
定的人弱擬供一份最断的、全面而文系统的贡。
有关力学性能试验的名詞术语、力学性能指标的定义和测试方法?在断的国家峁中已作了定
有些与旧的标準相比較有较夫的区【。显然?过去编写的有关力学性能试验的教材、李专资将已显枵陈
日让时,有と枢据新的国家准重新理顺力学性能试验的基本概念和測试方法这条思路。
本专题诗座由凌树森高工程师主讲:计判今如下六讲刊完:第一、二讲拉仲试验;第三讲其他静
试;第四讲冲击试验;第五讲度试验;六疲劳试验。
大读者在阅读本讲座过程中,有何意见有什么闸题请及时与本编部联系我们持尽力帮動解
め你们提出的问题
企展村料る店嵘洪中述
る专讲座
金属材料力学性能试验
各合
第一讲拉伸试验(一
凌树森
S、
(机被工业那上海衬料研究所
拉伸试验的目的和特点
定取舍的是材料拉伸的性能指际如何
1.2.3出厂验和进料验收很多钢厂的质保书上
拉伸试验的的
都有衬料的位伸性能指标,而进料单位畇需验收,困此
拉伸试验是材料カ学性能试验中最普、最常用拉伸试验是材料供需双方都要进行的一种试驰
也是最重要的一种试验方法。一般说的拉伸试验是指1.1.4由材料拉仲性能た称断该村姘的其他力学
在常温、静就和轴向加载下所表现的力学行为,这里提性能指标拉伸试验反映了材料在単向应力状态下的
的常温、静载和轴向加是说明拉伸时的三个条件:即强度、刚度和塑性性能,封料在其他试验(如弯曲、粗
温度、加就速率和加载点的位置(必须沿试样轴线)三转、硬度和疲劳等)中表现的性能均与拉忡下的性能有
个外在条件?当温度低于或高于常时,则称为低温或某种程度的连系、国此,可用拉伸指标的大小来简接推
高温拉伸试验:当载荷速率加大时称为高速(或冲断其他性能的好坏。这今为止,材料的伸性能已与材
击)拉伸试验:当加载点偏离试样的将线时则称为偏心料的硬度,使劳和断裂力学性能建立了经验关系式,这
拉伸试验。本章介绍的就是常意义下的拉伸试验,其在实际胶用中是很有参考价值
原理和试方法均可推广至特殊条(温度,加截速寧
1.2拉伸试验的特点
和加载点位置变化后)下的拉伸试验中去
1.2.1能够反映材料的甚本馬性拉伸试验是造成
拉伸试验的目的括起來有
种单向的均匀的拉伸应力状态,在此条件下测得的
,11鲇拘和零部件设计上的需要在建筑机械
纬中,很多零部件是承受拉伸载荷的·在设计这些受
强度指(屈服点和抗拉强度n),刚度指拆(弹性摸
拉零部件时,就必须知道材料的拉伸力学性能指标,也
E)和塑性指标伸长率お和收缩率中い代表了材料的
基本力学性能,它们反映了材料在弹性变形、塑性变形
即要知道材料的强度性能、刚度猷能和变形性能,这样和断裂三个阶段中的行为,因此掌壢了材料的拉伸性
1.1.2材籵研究和工艺迭择上的需要在同一个受
,对理解、研究、分析和推断材料的其他力学性能都
拉零部件上可以选用的材料可能很多,如何选择一种
是有益时
最经济的材料,这就要进行材科应用的研究;对于一些
2.2具有間、快谜种可靠的特.,拉伸试验所要
特殊工况下(高温、腐蚀、粒子的辐射等)零部件所需的求的試验机和记录装置已发展得很完善,试验方法较
材料?必需进行新材料的研制?即进行成分和工艺上的简单、能快連得出结果。由于拉伸试验是测定材料在
筛违。无论是材料的应用研究和新材料研制,其最后决足体积(试直径乗标距长度内的平均力学行为,所
以数椐较稳定、可、只要保证试验机及测量工具的精
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理化险验一物理册
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般来说·材料的拉伸数羯较之其他性能(如冲击
作用的结果。
和斷裂性能)数捃较为德定、可
3材科在拉悼荷下的行为
拉伸试验的力学分析
在拉伸戴荷F的作用下,可得试芊的伸长△
2.」拉神时的应力-应状志
队加戦开始直至试样断裂,记录下F-△.曲线(叫馓敞
当试样受到拉伸载荷F的作用后,试样的横截面拉伸图),材料在拉仲载荷下的有为就可从拉伸图上看
上心产生了应力a,其值为=F/S,其中S是试样的出柴。见图2
台横截面积。试样在拉应力的作用下,就沿轴线方
向,生伸长,假设原距长度为I在F力的作用下伸
长電1,则伸长量∠.L=ムー。、它是在工。长度内测
得的,可以定义e=∠.L/In,称之为拉伸应变。于是在
拉りF作用下,试鮮就产生了和c,我们称之为应力
庐变状态,拉伸试萍产生的是単向的均匀的应力状态
任意面上的应力丧达式
上面介绍了试横截面上的应力,它引起了轴
三变e:为了全面地了介试詳的变形、我们取2-2
它的法线n'5试伴轴线的夹角为a(a为任意
:设滑2-Z面把试伴的右段抛掉,剛在斜截面土
f2拉神图和应力“曲
」了沿试样轴线的で,其值为ーF/S",式中S'是
aF-△J曲(b)-曲找
斜面的面积.'与S。的关系由几何关系可知,S
般来说,材料在拉伸下的生.过程可分为三个阶
sinn。可见S'比S.大。斜裁面上的应方可分解为
段;弹性变形阶段,塑性变形阶段秆断裂阶,
種直と-2載面的正应力(拉应力)a-ーバcosa,另个3.!弹性変形阶(曲线上b殷
这个阶段中试样的变形是弹性的,其特点是在载
荷(或应力)ー旦卸出?变形△.或应变)就立即
消。在弹性阶段的お段、F-与△.成正比い也即a与
E成正比),即力和变形的符合虎克述律,可表达成a=
E、其中E称为材料的弹性模量、是材料刚度的度量。
在tb一段内,变形仍是弹性的,力的变形已不成正
比关系。一般称oa为线性弹性阶段,ab称非线性弹性
阶段
3.2忙速形阶(油线上be)
这里又可细分两个阶段
2.1屈服阶段(曲线cd段)当荷达到F、时,变
图1斜散面上的应力
形C点开始突然很快增长,一直延续到d点,此时F
是平行Zー2截面的州应力,ーa?sina:于是;
增川很小,或不增加,或有小的起伏,这种现象叫微
眼,是材料产生大鷺塑性变形【滑移)的结果其笑,hr
Cニロー。CUSa
段上产生了塑性变形,只是变形量小不明显m
0. 0 T082=0 P Lo: a
(1)
3..2均身望性形阶段(曲de段)变形判d点
o sina=a,sina?cosa=
(2)
时、屈服结束。进一步的变形必須继续加载。这时在标
式(1)和式(2)就是拉伸试样在任一料載面上的正距L。长度内产生了均匀塑性变形、即在工打某一微
応与和剪应力的表达式。从上两式可知
段内只要继续产韭塑性变形它就会强化·从而停止塑
当a=o时,o=mns,这表明横故面上的正应力性变形,撚后使其他徽段塑性变形。这祥由于材特具有
,)量大1
形变强化能力,使乙内各段都有