金屬拉伸試驗與硬度試驗

1、金屬材料拉伸試驗與硬度試驗一、力學(xué)性能的定義 力學(xué)性能是指材料在外加載荷與環(huán)境因素聯(lián)合作用下表現(xiàn)的行為，也就是材料抵抗外加載荷引起變形和斷裂的能力。 拉伸實驗是應(yīng)用最廣泛的力學(xué)性能實驗方法。拉伸實驗測定的力學(xué)性能指標(biāo)稱為拉伸性能，是材料的基本力學(xué)性能，是各種材料結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計的主要依據(jù)，是評定、選定材料的主要依據(jù)。 對于某些脆性材料，一般采用彎曲或壓縮實驗測定材料力學(xué)性能。二、拉伸試驗中的基本概念應(yīng)力：應(yīng)力：應(yīng)力是在它所作用面積上的力，用N/mm2表示。 在米制單位中，用千帕（kPa）或兆帕（MPa）表示。1) )圓形截面圓形截面2) )矩形截面矩形截面l0ab拉應(yīng)力是能夠使材料伸長的應(yīng)力。壓應(yīng)

2、力是能使材料縮短的應(yīng)力。剪切應(yīng)力是能使材料沿應(yīng)力平行方向產(chǎn)生位移的應(yīng)力。扭轉(zhuǎn)應(yīng)力是能使材料的兩個底面沿相反方向產(chǎn)生扭動的應(yīng)力。四種形式的應(yīng)力應(yīng)變是被測試材料尺寸的變化率，它是加載后應(yīng)力引起的尺寸變化。由于應(yīng)變是一個變化率，所以它沒有單位。原始長度長度的變化量變 應(yīng)應(yīng)變的計算有關(guān)拉伸試樣的基本術(shù)語原始標(biāo)距原始標(biāo)距(L(Lo o) )：施力前的試樣標(biāo)距。斷后標(biāo)距斷后標(biāo)距(L(Lu u) )：試樣斷裂后的標(biāo)距。平行長度平行長度(L(Lc c) )：試樣兩頭部或兩夾持部分(不帶頭試樣)之間平行部分的長度。斷后伸長率斷后伸長率(A)(A)：是斷后標(biāo)距的殘余伸長(Lu-Lo)與原始標(biāo)距(Lo)之比的百分率

3、。斷面收縮率斷面收縮率(Z)(Z)：斷裂后試樣橫截面積的最大縮減量(So-Su)與原始橫截面積(So)之比的百分率。低碳鋼的拉伸應(yīng)力低碳鋼的拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線O 應(yīng)力應(yīng)力應(yīng)變應(yīng)變彈性階段彈性階段下屈服強(qiáng)度下屈服強(qiáng)度 ReL屈服階段屈服階段強(qiáng)化階段強(qiáng)化階段頸縮階段頸縮階段斷裂斷裂抗拉強(qiáng)度(Rm)：tensile strength 相應(yīng)最大力(Fm)的應(yīng)力。 0mmSFRS0：試樣原始橫截面積屈服強(qiáng)度：yield strength當(dāng)金屬材料呈現(xiàn)屈服現(xiàn)象時，在試驗期間達(dá)到塑性變形發(fā)生而力不增加的應(yīng)力點(diǎn)，應(yīng)區(qū)分上屈服強(qiáng)度和下屈服強(qiáng)度。上屈服強(qiáng)度(ReH)：upper yield strengt

4、h試樣發(fā)生屈服而力首次下降前的最高應(yīng)力。下屈服強(qiáng)度(ReL)：lower yield strength在屈服期間，不計初始瞬時效應(yīng)時的最低應(yīng)力。根據(jù)低碳鋼應(yīng)力-應(yīng)變曲線不同階段的變形特征，整個拉伸過程依次分為：彈性階段、屈服階段、強(qiáng)化階段、頸縮階段。彈性階段：當(dāng)外力解除后變形能夠全部消除、恢復(fù)原狀，為彈性變形彈性變形。屈服階段：開始產(chǎn)生塑性變形塑性變形，即當(dāng)外力解除后，變形不能完全恢復(fù)，而殘留下一部分變形。強(qiáng)化階段：經(jīng)過屈服階段后，材料又恢復(fù)了抵抗變形的能力，要使它繼續(xù)變形必須增加拉力。頸縮階段：在試件某一薄弱的橫截面處發(fā)生急劇的局部收縮，橫截面面積迅速減小，塑性變形迅速增加。a)試樣 b)拉

5、伸 c)頸縮 d)斷裂頸縮 上屈服點(diǎn)的數(shù)值與試樣形狀、加載速度等因素有關(guān)，一般是不穩(wěn)定的；下屈服點(diǎn)則有比較穩(wěn)定的數(shù)值，能夠反映材料的性能。通常就把下屈服點(diǎn)稱為屈服點(diǎn)，而下屈服點(diǎn)對應(yīng)的應(yīng)力值稱為屈服強(qiáng)度。規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度(Rp) 非比例延伸率等于規(guī)定的引伸計標(biāo)距百分率時的應(yīng)力。使用的符號應(yīng)附以下腳注說明所規(guī)定的百分率，例如RP0.2， 表示規(guī)定非比例延伸率為0.2%時的應(yīng)力。 其他金屬材料的拉伸實驗和低碳鋼拉伸實驗方法相同，但材料所顯示出來的力學(xué)性能有很大差異。下圖給出了錳鋼、硬鋁、退火球墨鑄鐵和45 鋼的應(yīng)力-應(yīng)變圖。這些材料都是塑性材料，但前三種材料沒有明顯的屈服階段。對于沒有明顯屈服階段

6、的塑性材料，通常規(guī)定以產(chǎn)生0.2%塑性應(yīng)變時所對應(yīng)的應(yīng)力值作為材料的名義屈服極限，以RP0.2表示?？估瓘?qiáng)度抗拉強(qiáng)度Rm 抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度(Rm) -試樣拉伸過程中最大試驗力試樣拉伸過程中最大試驗力所對應(yīng)的應(yīng)力。所對應(yīng)的應(yīng)力。RmmoFS 斷后伸長率-試樣拉斷后，標(biāo)距部分的殘余伸試樣拉斷后，標(biāo)距部分的殘余伸長與原始標(biāo)距的百分比。長與原始標(biāo)距的百分比。 斷后伸長率A的測定：將拉斷后的試樣的斷裂部：將拉斷后的試樣的斷裂部分在斷裂處緊密對接在一起，測出試樣斷裂后分在斷裂處緊密對接在一起，測出試樣斷裂后標(biāo)距間的長度標(biāo)距間的長度LL。00100LLA%L 斷面收縮率 Z -試樣拉斷后，頸縮處橫截面的最試

7、樣拉斷后，頸縮處橫截面的最大縮減量與原始橫截面積的百分比。大縮減量與原始橫截面積的百分比。 斷面收縮率Z的測定：測出斷裂后試樣頸縮處最小測出斷裂后試樣頸縮處最小橫截面積橫截面積 Su。頸縮00100SS%S 鑄鐵的拉伸實驗方法與低碳鋼的拉伸實驗相同，但是鑄鐵在拉伸時的力學(xué)性能明顯不同于低碳鋼，其應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖25所示。鑄鐵從開始受力直至斷裂，變形始終很小，既不存在屈服階段，也無頸縮現(xiàn)象。斷口垂直于試樣軸線，這說明引起試樣破壞的原因是最大拉應(yīng)力。第二節(jié)：硬度硬度硬度( hardness ):是指材料抵抗其他硬物體壓是指材料抵抗其他硬物體壓入其表面的能力入其表面的能力常用測量硬度的方法常用測量硬

8、度的方法布氏硬度布氏硬度HB 洛氏硬度洛氏硬度HR 維氏硬度維氏硬度HV布氏硬度布氏硬度 HB ( Brinell-hardness )布氏硬度計布氏硬度計 適用范圍適用范圍:v 450HBS;v 650HBW; 符號符號HBS或或HBW之前的數(shù)字表示硬度之前的數(shù)字表示硬度值，符號后面的數(shù)字按順序分別表示球體值，符號后面的數(shù)字按順序分別表示球體直徑、載荷及載荷保持時間。直徑、載荷及載荷保持時間。如如: :120HBS10/1000/30表示直徑為表示直徑為10mm的的鋼球在鋼球在1000kgf（9.807kN）載荷作用下保載荷作用下保持持30s測得的布氏硬度值為測得的布氏硬度值為120。洛氏硬度洛氏硬度 HR ( Rockwll hardness )h1-h0洛氏硬度測試示意圖洛氏硬度測試示意圖洛氏硬度計洛氏硬度計維氏硬度維氏硬度