【大學(xué)課件】金屬材料的拉伸實(shí)驗(yàn)

金屬材料的拉伸實(shí)驗(yàn)拉伸實(shí)驗(yàn)是金屬材料力學(xué)性能測試中最基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)之一。實(shí)驗(yàn)?zāi)康牟牧闲阅芰私饨饘俨牧显诶燧d荷下的力學(xué)性能。測試方法掌握金屬材料拉伸試驗(yàn)的操作步驟和方法。數(shù)據(jù)分析學(xué)習(xí)如何從應(yīng)力-應(yīng)變曲線中獲取材料的力學(xué)性能指標(biāo)。實(shí)驗(yàn)原理拉伸試驗(yàn)拉伸試驗(yàn)是金屬材料力學(xué)性能測試中最基本的方法之一，通過對試樣施加單向拉伸載荷，測定材料的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，從而獲得材料的強(qiáng)度、塑性、硬度等力學(xué)性能指標(biāo)。應(yīng)力-應(yīng)變曲線通過拉伸試驗(yàn)測得的應(yīng)力-應(yīng)變曲線是材料力學(xué)性能的重要表征，可以反映材料在拉伸載荷作用下的變形特性，包括彈性變形、屈服變形和斷裂變形等。力學(xué)性能指標(biāo)拉伸試驗(yàn)可以測定材料的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、延伸率、斷面收縮率等力學(xué)性能指標(biāo)，這些指標(biāo)對于評估材料的強(qiáng)度、塑性和韌性等方面具有重要意義。實(shí)驗(yàn)儀器拉伸實(shí)驗(yàn)常用的儀器包括：拉伸試驗(yàn)機(jī)游標(biāo)卡尺千分尺顯微鏡試樣制備1切割根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)尺寸，使用切割機(jī)或鋸子將材料切割成試樣。2打磨使用砂紙或研磨工具將試樣表面打磨平整，去除毛刺和氧化層。3加工根據(jù)需要，使用車床或銑床等加工設(shè)備加工出試樣上的標(biāo)準(zhǔn)尺寸的圓形或矩形截面。試樣尺寸直徑試樣直徑通常為5-10毫米，以確保測試結(jié)果的可靠性和可重復(fù)性。長度試樣長度通常為50-100毫米，以提供足夠的測試區(qū)域和避免過早斷裂。試驗(yàn)方法1試樣安裝將試樣夾持在拉伸試驗(yàn)機(jī)的夾具中2加載以恒定速度加載，直到試樣斷裂3數(shù)據(jù)記錄記錄加載力，伸長量和斷裂信息應(yīng)力-應(yīng)變曲線的特征應(yīng)力-應(yīng)變曲線反映了材料在拉伸載荷作用下的力學(xué)行為。它可以幫助我們了解材料的強(qiáng)度、塑性、韌性等重要的力學(xué)性能。典型的應(yīng)力-應(yīng)變曲線通常包括彈性階段、屈服階段、強(qiáng)化階段、頸縮階段和斷裂階段。彈性模量的測定彈性模量(E)材料抵抗彈性變形的能力測定方法從應(yīng)力-應(yīng)變曲線線性段的斜率計算公式E=σ/ε單位帕斯卡(Pa)屈服強(qiáng)度的測定0.2%0.2%偏移法根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，從彈性變形階段的直線部分平行移動0.2%應(yīng)變，與應(yīng)力-應(yīng)變曲線的交點(diǎn)即為屈服強(qiáng)度。R_p0.2符號用Rp0.2表示，單位為MPa。抗拉強(qiáng)度的測定抗拉強(qiáng)度是指材料在拉伸試驗(yàn)中，試樣斷裂時的應(yīng)力值。斷裂延伸率的測定斷裂延伸率試樣斷裂后長度增加量與原始標(biāo)距長度之比公式δ=(Lf-L0)/L0*100%單位%斷面收縮率的測定%斷面收縮率斷裂后試樣最小截面積與原始截面積之比%公式Ψ=(A0-Am)/A0*100%%意義反映材料斷裂前塑性變形程度斷口形貌觀察觀察斷口形貌可以幫助判斷材料的斷裂機(jī)理，從而分析材料的性能和失效原因。通?？梢酝ㄟ^觀察斷口形貌來判斷斷裂是脆性斷裂還是韌性斷裂，以及斷裂過程中是否有疲勞裂紋的形成等。數(shù)據(jù)分析1計算根據(jù)拉伸實(shí)驗(yàn)測得的數(shù)據(jù)，計算出材料的力學(xué)性能指標(biāo)，如彈性模量、屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、斷裂伸長率和斷面收縮率。2繪圖繪制應(yīng)力-應(yīng)變曲線，觀察材料的力學(xué)行為，并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和結(jié)論得出。3分析分析材料的力學(xué)性能指標(biāo)，并與材料的微觀結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分等因素進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析。結(jié)果討論數(shù)據(jù)分析通過拉伸實(shí)驗(yàn)測得的材料力學(xué)性能參數(shù)，可以對材料的性能進(jìn)行評價，并與理論值進(jìn)行比較，分析其差異性。斷口形貌分析通過觀察斷口形貌，可以判斷材料斷裂的方式，并分析其斷裂原因。問題探討討論實(shí)驗(yàn)過程中遇到的問題，并分析其原因，提出改進(jìn)措施。影響因素材料因素金屬材料的成分、組織結(jié)構(gòu)和熱處理狀態(tài)等都會影響其力學(xué)性能，例如屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、延伸率等。試樣尺寸試樣的形狀和尺寸會影響應(yīng)力集中程度，從而影響其力學(xué)性能。試驗(yàn)條件試驗(yàn)溫度、試驗(yàn)速度、環(huán)境濕度等因素都會對材料的力學(xué)性能產(chǎn)生影響。實(shí)驗(yàn)誤差分析測量儀器精度試樣尺寸測量誤差加載速度控制誤差數(shù)據(jù)處理方法誤差實(shí)驗(yàn)中常見問題試樣斷裂試樣斷裂位置不符合要求，需要重新測試。數(shù)據(jù)異常應(yīng)力-應(yīng)變曲線出現(xiàn)異常，需要檢查儀器和操作方法。結(jié)果偏差實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論值偏差較大，需要分析原因并改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方法。實(shí)驗(yàn)注意事項1安全第一操作過程中注意安全，戴好防護(hù)眼鏡，避免試樣飛濺傷人。2操作規(guī)范嚴(yán)格按照實(shí)驗(yàn)步驟操作，避免操作失誤造成試樣損壞或數(shù)據(jù)偏差。3數(shù)據(jù)準(zhǔn)確認(rèn)真記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。實(shí)驗(yàn)報告撰寫要求實(shí)驗(yàn)名稱準(zhǔn)確記錄實(shí)驗(yàn)的名稱，例如“金屬材料的拉伸實(shí)驗(yàn)”。實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮喢鞫笠仃U述實(shí)驗(yàn)的目的，例如“測定金屬材料的力學(xué)性能指標(biāo)”。實(shí)驗(yàn)原理用簡潔明了的語言描述實(shí)驗(yàn)所依據(jù)的理論基礎(chǔ)和原理，包括相關(guān)的公式和圖表。實(shí)驗(yàn)步驟詳細(xì)記錄實(shí)驗(yàn)的具體操作步驟，包括儀器設(shè)備的使用方法、試樣的制備方法、數(shù)據(jù)采集方法等。實(shí)驗(yàn)成績評定標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)操作操作熟練，規(guī)范，獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)，結(jié)果準(zhǔn)確，數(shù)據(jù)分析合理，結(jié)論完整。實(shí)驗(yàn)報告報告內(nèi)容完整，邏輯清晰，條理分明，格式規(guī)范，圖表清晰，文字表達(dá)準(zhǔn)確，無錯別字。課堂表現(xiàn)積極參與課堂討論，主動思考問題，能夠清晰地表達(dá)自己的觀點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)安全注意事項安全眼鏡進(jìn)行拉伸實(shí)驗(yàn)時，應(yīng)佩戴安全眼鏡，以保護(hù)眼睛免受飛濺的碎片或化學(xué)物質(zhì)的傷害。防護(hù)手套應(yīng)戴上耐用且合適的防護(hù)手套，以防止與試樣或設(shè)備發(fā)生接觸而導(dǎo)致的皮膚刺激或損傷。預(yù)習(xí)要求1預(yù)習(xí)教材認(rèn)真閱讀教材中關(guān)于金屬材料的拉伸實(shí)驗(yàn)的相關(guān)內(nèi)容。2了解實(shí)驗(yàn)原理掌握拉伸實(shí)驗(yàn)的基本原理和相關(guān)概念。3熟悉實(shí)驗(yàn)儀器了解實(shí)驗(yàn)所需的儀器設(shè)備及其使用方法。4思考實(shí)驗(yàn)步驟提前思考實(shí)驗(yàn)的具體步驟和注意事項。復(fù)習(xí)重點(diǎn)拉伸試驗(yàn)原理應(yīng)力-應(yīng)變曲線、彈性模量、屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、斷裂延伸率、斷面收縮率試驗(yàn)儀器和方法拉伸試驗(yàn)機(jī)、試樣制備、試驗(yàn)步驟斷口形貌分析斷裂類型、斷口特征、失效分析復(fù)習(xí)思考題拉伸實(shí)驗(yàn)的目的是什么？試樣的尺寸對實(shí)驗(yàn)結(jié)果有什么影響？應(yīng)