金屬常規(guī)力學(xué)指標(biāo)測(cè)試

金屬常例力學(xué)指標(biāo)測(cè)試金屬常例力學(xué)指標(biāo)測(cè)試7/7金屬常例力學(xué)指標(biāo)測(cè)試實(shí)驗(yàn)一金屬老例力學(xué)指標(biāo)測(cè)定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握金屬資料常例力學(xué)指標(biāo)的測(cè)試方法。2、掌握各個(gè)常例力學(xué)指標(biāo)的作用及意義。3、認(rèn)識(shí)各個(gè)指標(biāo)的互有關(guān)系。4、熟習(xí)所用測(cè)試儀器及設(shè)備的原理和操作使用。二、實(shí)驗(yàn)方法及采納標(biāo)準(zhǔn)1、金屬拉伸試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)GB/T228.1-20102、金屬?zèng)_擊試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)GB/T229-20073、金屬扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)GB/T10128-2007三、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)辦理1、依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，分別計(jì)算各個(gè)力學(xué)參數(shù)指標(biāo)。（一）金屬拉伸實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)GB/T228.1-2010資料的彈性、強(qiáng)度、塑形、應(yīng)變硬化和韌性等好多重要的力學(xué)性能指標(biāo)統(tǒng)稱(chēng)為拉伸性能，它是資料的基本力學(xué)性能。拉伸實(shí)驗(yàn)是標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣在靜態(tài)軸向拉伸力不停作用下以規(guī)定的拉伸速度拉至斷裂，并在拉伸過(guò)程中連接記錄力與伸長(zhǎng)量，進(jìn)而求出其強(qiáng)度判據(jù)和塑性判據(jù)的力學(xué)性能試驗(yàn)。（1）試驗(yàn)要求原始標(biāo)距的標(biāo)記對(duì)于比率試樣，應(yīng)將原始標(biāo)距的計(jì)算值修約至最湊近5mm的倍數(shù)，中間數(shù)值向較大一方修約。標(biāo)距的標(biāo)記應(yīng)精確到取值數(shù)值的1%。原始橫截面積的測(cè)定圓形截面試樣應(yīng)在試樣工作段的兩斷及中間處兩個(gè)互相垂直的方向上各測(cè)一次直徑，取其算術(shù)平均值，采納三處測(cè)得橫截面積中的最小值。表1拉伸實(shí)驗(yàn)基本數(shù)據(jù)直徑丈量值直徑平均值標(biāo)距標(biāo)距修約橫截面積9.90mm10.00mm9.97mm49.83mm50mm278.07mm10.00mm（2）拉伸性能的測(cè)定利用試驗(yàn)機(jī)的繪圖裝置獲得力-位移關(guān)系曲線(xiàn)，以下：圖1拉伸試驗(yàn)力-位移曲線(xiàn)斷后伸長(zhǎng)率測(cè)定為了測(cè)定斷后伸長(zhǎng)率，應(yīng)將試樣斷裂的部分仔細(xì)地對(duì)接在一起使其軸線(xiàn)處于同素來(lái)線(xiàn)上，并采納特別舉措保證試樣斷裂部分適合接觸后丈量試樣斷后標(biāo)距。按下式計(jì)算斷后伸長(zhǎng)率A：式中：Lo—原始標(biāo)距；Lu—斷后標(biāo)距。應(yīng)使用分辨力足夠的量具或丈量裝置測(cè)定斷后伸長(zhǎng)量Lu-Lo，并精確到0.25mm。斷面縮短率的測(cè)定將試樣斷裂部分仔細(xì)地配接在一起，使其軸線(xiàn)處于同素來(lái)線(xiàn)上。斷裂后最小橫截面積的測(cè)定應(yīng)正確到2%。原始橫截面積與斷后最小橫截面積之差除以原始橫截面積的百分率獲得斷面縮短率，按下式計(jì)算：式中：So—平行長(zhǎng)度部分的原始橫截面積；Su—斷后最小橫截面積抗拉強(qiáng)度的測(cè)定對(duì)于表現(xiàn)顯然佩服現(xiàn)象的金屬資料，從記錄的力-位移圖，讀取佩服階段此后的最大力。最大力除以原始橫截面積獲得抗拉強(qiáng)度。佩服強(qiáng)度的測(cè)定對(duì)有顯然佩服現(xiàn)象的資料，應(yīng)測(cè)定其上、下佩服強(qiáng)度。上、下佩服強(qiáng)度的判斷采納以下基根源則：i.佩服前的第一個(gè)峰值應(yīng)力為上佩服強(qiáng)度，無(wú)論此后的峰值應(yīng)力比它大也許比它小。佩服階段中若是表現(xiàn)兩個(gè)或兩個(gè)以上的谷值應(yīng)力，舍去第一個(gè)谷值應(yīng)力不計(jì)，取谷值應(yīng)力中最小者判為下佩服強(qiáng)度。佩服階段中表現(xiàn)佩服平臺(tái)，平臺(tái)應(yīng)力判為下佩服強(qiáng)度；如表現(xiàn)多個(gè)并且后者高于前者的佩服平臺(tái)，判第一個(gè)平臺(tái)應(yīng)力為下佩服強(qiáng)度。正確的判斷結(jié)果應(yīng)該是下佩服強(qiáng)度低于上佩服強(qiáng)度。試驗(yàn)時(shí)記錄力-位移曲線(xiàn)，從曲線(xiàn)圖讀取力初次降落前的最大力和不計(jì)初始瞬時(shí)效應(yīng)時(shí)佩服階段中的最小力或佩服平臺(tái)的恒定力，將它們分別除以試樣原始橫截面積獲得上佩服強(qiáng)度和下佩服強(qiáng)度。上佩服強(qiáng)度：下佩服強(qiáng)度：3）試驗(yàn)結(jié)果數(shù)值的修約強(qiáng)度性能值修約至1MPa。佩服點(diǎn)延伸率修約至0.1%，其余延伸率和斷后伸長(zhǎng)率修約至0.5%。斷面縮短率修約至1%。（二）金屬資料沖擊試驗(yàn)方法GB/T229-20071）原理將規(guī)定幾何形狀的缺口試樣置于試驗(yàn)機(jī)兩支座之間，缺口背向打擊面放置，用擺錘一次打擊試樣，測(cè)定試樣的吸取能量。（2）一般要求標(biāo)準(zhǔn)尺寸沖擊試樣長(zhǎng)度為55mm，橫截面為10mm×10mm方形截面。在試樣長(zhǎng)度中間有V型或U型缺口，V型缺口應(yīng)有45°夾角，其深度為2mm，底部曲率半徑為0.25mm。U型缺口深度應(yīng)為2mm或5mm（除非還有規(guī)定），底部曲率半徑為1mm。（3）沖擊性能的測(cè)定沖擊性能舊標(biāo)準(zhǔn)中經(jīng)常用沖擊吸取功和沖擊韌度來(lái)表示資料沖擊性能。沖擊吸取功Ak：規(guī)定形狀和尺寸的試樣在沖擊試驗(yàn)力一次作用下折斷時(shí)所吸取的功，單位為J。沖擊韌度αk：沖擊試樣缺口底部單位橫截面積上的沖擊吸取功，單位J/cm2新標(biāo)準(zhǔn)中用吸取能量K來(lái)表示沖擊性能，指在沖擊試驗(yàn)中，由指針指示出的能量值。KU=41.0JKV=28.5J剪切斷面率夏比沖擊試樣的斷口表面常用剪切斷面率評(píng)定。剪切斷面率越高，資料韌性越好。大多數(shù)夏比沖擊試樣的斷口相貌為剪切和解理斷裂的混雜狀態(tài)。平常使用以下方法測(cè)定剪切斷面率：丈量斷口解理斷裂部分（即“閃亮”部分）的長(zhǎng)度和寬度，查剪切斷面率百分比表確立剪切斷面率。圖2沖擊試樣剪切斷面表示圖圖中：1—剪切面積；2—缺口；3—解理面積注：丈量A和B的平均尺寸應(yīng)精確至0.5mmU型：A=8.0mmB=6.0mm剪切斷面率40%V型：A=8.5mmB=6.0mm剪切斷面率36%4）實(shí)驗(yàn)結(jié)果修約讀取每個(gè)試樣的沖擊吸取能量，應(yīng)最少估讀到0.5J或0.5個(gè)標(biāo)度單位（取二者之間較小值）。試驗(yàn)結(jié)果最少應(yīng)保留兩位有效數(shù)字。（三）金屬資料扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)方法GB/T10128-20071）原理對(duì)試樣施加扭矩，丈量扭矩及其相應(yīng)的扭角，一般扭至斷裂，以便測(cè)定本標(biāo)準(zhǔn)定義的一項(xiàng)或幾項(xiàng)扭轉(zhuǎn)力學(xué)性能。2）試樣尺寸丈量圓柱形試樣應(yīng)在標(biāo)距兩端及中間處兩個(gè)互相垂直的方向上各測(cè)一次直徑，并取其算術(shù)平均值，取用3處測(cè)得直徑的算術(shù)平均值計(jì)算試樣的極慣性矩；取用3處測(cè)得直徑的算術(shù)平均值中的最小值計(jì)算試樣的截面系數(shù)。表2拉伸實(shí)驗(yàn)基本數(shù)據(jù)直徑丈量值直徑平均值標(biāo)距修約橫截面積10.00mm10.00mm10.00mm50mm278.54mm10.00mm3）扭轉(zhuǎn)性能測(cè)定利用試驗(yàn)機(jī)的繪圖裝置獲得M-關(guān)系曲線(xiàn)，即扭轉(zhuǎn)圖，以以下列圖3扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)扭矩-轉(zhuǎn)角關(guān)系圖確立資料的剪切模量G在所記錄曲線(xiàn)的彈性直線(xiàn)段上，讀取扭矩M和相應(yīng)的扭角上佩服強(qiáng)度和下佩服強(qiáng)度的測(cè)定在M-曲線(xiàn)中，初次降落的最大扭矩為上佩服扭矩，佩服階段中不計(jì)初始瞬時(shí)效應(yīng)的最小扭矩為下佩服扭矩。上佩服強(qiáng)度下佩服強(qiáng)度抗扭強(qiáng)度的測(cè)定4）測(cè)得性能數(shù)字的求約扭轉(zhuǎn)性能范圍修約到2——100G/（N/mm）τ、τ、τ、τ2001PeHeLb＞200-100052（N/mm）＞1000102、斷口相貌圖圖4Q235拉伸破壞斷口相貌圖圖5Q235扭轉(zhuǎn)破壞斷口相貌圖圖6V型與U型沖擊破壞斷口相貌圖（左V右U）3、斷口相貌剖析金屬資料碰到外力作用后,其內(nèi)部受脅能量高升,此時(shí),經(jīng)過(guò)塑性變形來(lái)廢弛降低能量。當(dāng)金屬不能夠連續(xù)塑性變形時(shí),若再增添應(yīng)力,它便以斷裂的形式圓滿(mǎn)廢弛。部件斷裂后的自然表面稱(chēng)為斷口,其結(jié)構(gòu)與容貌記錄了斷裂前裂紋的發(fā)生、擴(kuò)展和斷裂瞬時(shí)的信息。按斷口的形狀分為杯錐狀斷口和剪切滑移型斷口兩種。拉伸韌性斷裂的過(guò)程有:微孔形核、長(zhǎng)大和聚合三個(gè)階段。圓滑試樣在拉應(yīng)力作用下,局部出現(xiàn)“頸縮在頸縮區(qū)形成三向拉應(yīng)力狀態(tài)且心部軸向應(yīng)力最大，致使試樣心部的夾雜物或第二相粒子破裂,形成微孔;隨著應(yīng)力的增大,微孔在縱向與橫向不停增添和長(zhǎng)大,聚合成微裂紋,方向垂直于拉應(yīng)力方向，最后，裂紋沿剪切面擴(kuò)展到試件表面，剪切面方向與拉伸軸線(xiàn)近似成45度。斷口上表現(xiàn)三個(gè)地域：纖維區(qū)，放射區(qū)及剪切唇。裂紋起源于纖維區(qū)，經(jīng)過(guò)迅速擴(kuò)展形成放射區(qū)，當(dāng)裂紋擴(kuò)展到表面時(shí)形成了屬于韌性斷裂的剪切唇，最后形成杯錐狀端口。纖維區(qū)位于斷裂的初步處，在斷口中央，與主應(yīng)力垂直，斷口上有顯微孔洞形成的鋸齒狀相貌。其底部的晶粒像纖維同樣被拉長(zhǎng)。纖維區(qū)是裂紋遲緩擴(kuò)展的標(biāo)記，放射區(qū)是裂紋迅速擴(kuò)展的表征，放射區(qū)有放射花式，按其相貌可分為放射纖維和放射剪切兩種，每根放射花式即為放射元，其放射方向與裂紋擴(kuò)展方向一致。剪切唇與放射區(qū)相毗鄰，表面圓滑，與拉應(yīng)力方向成度角，形狀如杯，是典型的剪切斷裂。這三個(gè)區(qū)所占整個(gè)斷面的比率，隨著加載速度，溫度及構(gòu)件的尺寸而變化。當(dāng)加載速度降低，溫度高升，構(gòu)件尺寸變小時(shí)，都會(huì)使纖維區(qū)和剪切唇區(qū)增大。加載速度增大，放射區(qū)增大，塑性變形程度減小。構(gòu)件截面增大時(shí)，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)上的缺點(diǎn)幾率增添，使得強(qiáng)度降低，塑性指標(biāo)也降低。4、依據(jù)資料標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)所測(cè)結(jié)果進(jìn)行判斷。四、思慮題1、金屬拉伸性能指標(biāo)在工程中怎樣應(yīng)用？答案：拉伸性能指標(biāo)包含：斷后伸長(zhǎng)率、斷裂總伸長(zhǎng)率、最大力總伸長(zhǎng)率、最大力非比率伸長(zhǎng)率、上佩服強(qiáng)度、下佩服強(qiáng)度、規(guī)定非比率延伸強(qiáng)度、規(guī)定總延伸強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、斷面縮短率、拉伸楊氏模量、弦線(xiàn)模量、切線(xiàn)模量、泊松比。此中，斷后延伸率和斷面縮短率表征資料的延性，伸長(zhǎng)率和縮短率越大，表示資料的延性越好。一般來(lái)說(shuō)，延性越好的資料越有益于受力，安全貯備越大。佩服強(qiáng)度不只擁有直接使用的意義，在工程上，也是資料的某些力學(xué)行為和工藝性能的大體胸襟。比方，應(yīng)力腐化和氫脆就敏感；資料佩服強(qiáng)度低，冷加工成型性能和焊接性能就好等等?？估瓘?qiáng)度指資料在拉斷前承受最大應(yīng)力值。當(dāng)鋼材佩服到必定程度后，因?yàn)閮?nèi)部晶粒重新擺列，其抵抗變形能力又重新提升，此時(shí)變形固然發(fā)展很快，但卻只好隨著應(yīng)力的提升而提升，直至應(yīng)力達(dá)最大值。此后，鋼材抵抗變形的能力顯然降低，并在最單薄處發(fā)生較大的塑性變形，此處試件截面迅速減小，出現(xiàn)頸縮現(xiàn)象，直至斷裂破壞。鋼材受拉斷裂前的最大應(yīng)力值稱(chēng)為強(qiáng)度極限或抗拉強(qiáng)度。拉伸楊氏模量的大小標(biāo)記著資料的剛性，楊氏模量越大，越不簡(jiǎn)單發(fā)生變形。弦線(xiàn)模量運(yùn)用于位移變形曲線(xiàn)中線(xiàn)曲線(xiàn)部分，弦線(xiàn)模量就是與位移變形曲線(xiàn)較切近的折線(xiàn)的斜率，是分段位移變形與分段拉力的比值，用折線(xiàn)取代曲線(xiàn)，可將變形模量的使用范圍延伸到極限載荷。切線(xiàn)模量就是佩服極限和強(qiáng)度極限之間的斜率，用于雙線(xiàn)性彈塑性模型來(lái)考慮資料的性能。工程上希望知道其有關(guān)模量，進(jìn)而提出切線(xiàn)模量，是資料非彈性極限范圍內(nèi)的宏觀的模量的一種表述。依據(jù)定義可知，該模量為資料發(fā)生佩服此后的硬化模量，能夠經(jīng)過(guò)拉伸實(shí)驗(yàn)來(lái)確立的。它與彈性模量的比值稱(chēng)為塑形系數(shù)，在各種結(jié)構(gòu)計(jì)算比方局部牢固計(jì)算中會(huì)用到。研究資料在給定條件下的力學(xué)性能及變化規(guī)律，可用于設(shè)計(jì)、選材及研究工作中，為結(jié)構(gòu)件和零部件的設(shè)計(jì)供給資料的力學(xué)性能數(shù)據(jù)，；同時(shí)，也為資料的成分選擇和熱辦理工藝的指定供給依據(jù)，以便獲得強(qiáng)度、塑性和韌性相當(dāng)合的綜合性能最正確的資料。2、金屬?zèng)_擊指標(biāo)在工程中怎樣應(yīng)用？答案：資料抵抗沖擊載荷的能力叫做沖擊性能。標(biāo)準(zhǔn)中，金屬?zèng)_擊指標(biāo)有沖擊吸取功（舊標(biāo)準(zhǔn)）、沖擊韌性（舊標(biāo)準(zhǔn)）、吸取能量（新標(biāo)準(zhǔn)），其余還有沖擊試樣端口、纖維斷面率、側(cè)膨脹值、晶狀斷面率、總沖擊能量、裂紋形成能量、裂紋擴(kuò)展能量、不牢固裂紋擴(kuò)展初步能量、不牢固裂紋擴(kuò)展停止能量、最大力、佩服力等指標(biāo)來(lái)表征沖擊斷裂過(guò)程。沖擊吸取功是指規(guī)定形狀和尺寸的試樣在沖擊試驗(yàn)力一次作用下折斷時(shí)所吸取的功。沖擊韌性是指資料在沖擊載荷作用下吸取塑性變形功和斷裂功的能力，其實(shí)質(zhì)意義在于揭露資料的變脆偏向，是反響金屬資料對(duì)外來(lái)沖擊負(fù)荷的抵抗能力。沖擊韌性值取決于資料及其狀態(tài)，同時(shí)與試樣的形狀、尺寸有很大關(guān)系。其值對(duì)資料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)缺點(diǎn)、顯微組織的變化很敏感，如夾雜物、偏析、氣泡、內(nèi)部裂紋、鋼的回火脆性、晶粒粗化等都會(huì)使沖擊韌性值顯然降低；同種資料的試樣，缺口越深、越尖利，缺口處應(yīng)力集中程度越大，越簡(jiǎn)單變形和斷裂，沖擊功越小，資料表現(xiàn)出來(lái)的脆性越高。所以不同樣種類(lèi)和尺寸的試樣，其沖擊韌性或沖擊功值不能夠直接比較。沖擊功對(duì)于檢查金屬資料在不同樣溫度下的脆性轉(zhuǎn)變最為敏感，而實(shí)質(zhì)服役條件下的災(zāi)害性破斷事故，經(jīng)常與資料的沖擊功及服役溫度有關(guān)。所以在有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中經(jīng)常例定某一溫度時(shí)的沖擊功值為多少還規(guī)定FATT（斷口面積轉(zhuǎn)變溫度）要低于某一溫度的技術(shù)條件。所謂FATT，即一組在不同樣溫度下的沖擊試樣沖斷后，對(duì)沖擊斷口進(jìn)行評(píng)定，當(dāng)脆性斷裂占總面積的50%時(shí)所對(duì)應(yīng)的溫度。3、針對(duì)同一金屬，各個(gè)常例力學(xué)指標(biāo)有何互相聯(lián)系？答案：剪切模量、彈性模量、泊松比之間的關(guān)系：G=E/2(1+v)。斷面縮短率和延伸率的關(guān)系：金屬資料的延伸率和斷面縮短率愈大，表示該資料的塑性愈好，即資料能承受較大的塑性變形而不破壞。一般把延伸率大于百分之五的金屬資料稱(chēng)為塑性資料（如低碳鋼等），而把延伸率小于百分之五的金屬資料稱(chēng)為脆性資料（如灰口鑄鐵等）。塑性好的資料，它能在較大的宏觀范圍內(nèi)產(chǎn)生塑性變形，并在塑性變形的同時(shí)使金屬資料因塑性變形而加強(qiáng)，進(jìn)而提升資料的強(qiáng)度，保證了部件的安全使用。其余，塑性好的資料能夠順利地進(jìn)行某些成型工藝加工，如沖壓、冷彎、冷拔、校直等。所以，選擇金屬資料作機(jī)械部件時(shí)，必定知足