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金屬材料拉伸試驗的步驟、四個階段與計算

瀏覽次數:4555發布日期:2021-09-22
  1、金屬抗拉性能相關指標常溫下金屬抗拉性能通常包括抗拉強度、屈服強度又稱屈服點或規定屈服強度、伸長率和斷面收縮率四個指標。前二者稱為強度指標,后二者稱為塑性指標。所謂強度系指試樣受軸向拉伸負荷過程中任一瞬間,金屬抵抗變形或破斷的能力,一般以原單位橫截面積上所受的力表示。而塑性則為試樣經拉伸到破斷后,以百分數表示的標距的伸長率和斷裂處原橫截面積的縮減率。
  2、拉伸試驗步驟
  1)準備試件。對相同大小規格形狀的普碳鋼和鋁合金試樣分別進行拉伸試驗。用刻度機在原始標距范圍內刻劃圓周線。將標距內分為等長的10格。測量得到其原始直徑為10mm,原始標距長度為100mm。
  2)調整試驗機。手動控制上夾頭至合適的夾持位置。選擇合適的測力度盤。開動試驗機,使工作臺上升10mm左右,以消除工作臺系統自重的影響。調整主動指針對準零點,從動指針與主動指針靠攏,調整好自動繪圖裝置。
  3)裝夾試件。先將試件裝夾在上夾頭內,再將下夾頭移動到合適的夾持位置,最后夾緊試件下端。(鋁合金材料無顯著屈服現象需轉載電子引伸計)
  4)檢查與試車。檢查以上步驟完成情況。開動試驗機,預加少量載荷(載荷對應的應力不能超過材料的比例極限),然后卸載到零,以檢查試驗機工作是否正常。
  5)進行試驗。開動試驗機,緩慢而均勻地加載,仔細觀察測力指針轉動和繪圖裝置繪出圖的情況。注意捕捉屈服荷載值,將其記錄下來用以計算屈服點應力值。屈服階段注意觀察滑移現象。過了屈服階段,加載速度可以快些。將要達到最大值時,注意觀察“縮頸”現象。試件斷后立即停車,記錄最大荷載值。(鋁合金試樣無明顯屈服現象)
  6)取下試件和記錄紙。
  7)用游標卡尺測量斷后標距。
  8)用游標卡尺測量縮頸處最小直徑
  3、金屬材料拉伸過程中的四個階段
  試驗最終得到的拉伸曲線,實際上是載荷-伸長曲線,在這個曲線中有四個階段:彈性階段、屈服階段、強化階段、頸縮階段。
  1)彈性階段:隨著荷載的增加,應變隨應力成正比增加。如卸去荷載,試件將恢復原狀,表現為彈性變形,此階段內可以測定材料的彈性模量E。
  2)屈服階段:普碳鋼:超過彈性階段后,載荷幾乎不變,只是在某一小范圍內上下波動,試樣的伸長量急劇地增加,這種現象稱為屈服。如果略去這種荷載讀數的微小波動不計,這一階段在拉伸圖上可用水平線段來表示。塑性變形是突然開始且載荷數會突然下降,如果全部卸除荷載試樣將不會恢復原長表現為形變。而對于鋁合金來說,彈性區域的結束點并非伴隨著載荷的突然下降或其他明顯的變化從彈性階段到塑性階段是一條平滑漸變的曲線。
  3)強化階段:試樣經過屈服階段后,曲線呈現上升趨勢,由于材料在塑性變形過程中不斷強化,材料的抗變形能力有增強了,這種現象稱為應變硬化。若在此階段卸載載荷到零時,變形并未完全消失,應力減小至零時殘留的應變稱為塑性應變或殘余應變。
  4)頸縮階段和斷裂階段,試樣伸長到一定程度后,荷載讀數反而逐漸降低。
  4、相關計算
  對于屈服現象明顯的材料:
  上屈服強度ReH=FeH/S0(S0表示原始橫截面面積、FeH表示上屈服點對應的軸向力)
  下屈服強度ReL=FeL/S0(S0表示原始橫截面面積、FeL表示下屈服點對應的軸向力)
  抗拉強度Rm=Fmax/S0(Fmax是指最大軸向力)
  對于屈服現象不明顯的材料,規定以產生0.2%殘余變形的應力值為其屈服極限,稱為條件屈服極限或屈服強度。大于此極限的外力作用,將會使零件失效,無法恢復。
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