文档介绍：金属材料室温拉伸试验方法
GB/T228-2002金属材料室温拉伸试验
一、实验目的:
通过实验测定低碳钢和铸铁相关值,并且绘制出拉伸曲线的应力应变曲线。进一步理解塑性材料和脆性材料的力学性能。
二、实验设备
(1) 试件:按《国标GB/T 228 金属材料室温拉伸试验方法》中的规定准备20#
钢的圆形长比例拉伸试件,如下图
(2) 万能试验机:采用夹板式夹头,如下图(左)。夹头有螺纹,形状图右所
示。试件被夹持部分相应也有螺纹。试验时,利用试验机的自动绘图器绘制低碳钢的拉伸图。
(3)游标卡尺。
三、实验材料
退火低碳钢在拉伸力作用下的变形过程可分为:弹性变形、不均匀屈服塑性变形、均匀塑性变形、不均匀集中塑性变形4个阶段。
1、弹性变形
(1)弹性变形及其实质
材料在外力作用下产生变形,当外力取消后,材料变形即可消失并能完全恢复原来形状的性质称为弹性。这种可恢复的变形称为弹性变形。实
质是金属原子间结合力抵抗外力的宏观表现。
(2)弹性模量
材料在弹性变形阶段,其应力和应变成正比例关系(即符合胡克定律),其比例系数称为弹性模量。弹性模量的单位是达因每平方厘米。“弹性模量”是描述物质弹性的一个物理量,是一个总称,包括“杨氏模量”、“剪切模量”、“体积模量”等。所以,“弹性模量”和“体积模量”是包含关系。拉伸时σ=E?ε,剪切时τ=G?λ
(3) 比例极限与弹性极限
δp=FpA0
FP与A0分别为比例极限对应的实验力与试样的原始截面积。
δe=FeA0
Fe与A0分别为弹性极限对应的实验力与试样的原始截面积。
(4)弹性比功
弹性比功又称弹性比能,应变比能,表示金属材料吸收弹性变形功的能力,一般可用金属开始塑性变形前单位体积吸收的最大弹性变形功表示。其与弹性极限和最大弹性应变的关系如下:
a——弹性比功;
ζ——弹性极限;
ε——最大弹性应变。
可见金属材料的弹性极限取决于其弹性模量和弹性极限。由于弹性模量是组织不敏感性能,因此,对于一般金属材料,只有提高弹性极限的方法才能提高弹性比功。金属拉伸应力-应变曲线如下图
2、塑性变形
(1)塑性变形的方式及特点
塑性变形,塑性变形的定义是,物质-包括流体及固体在一定的条件下,在外力的作用下产生形变,当施加的外力撤除或消失后该物体不能恢复原状的一种物理现象.
(2)屈服强度
材料开始产生宏观塑性变形时的应力。又称为屈服极限,是材料屈服的临界应力值。
1)对于屈服现象明显的材料,屈服强度就是屈服点的应力(屈服值);
2)对于屈服现象不明显的材料,与应力-应变的直线关系的极限偏差达到规定值(%的永久形变)时的应力。通常用作固体材料力学机械
性质的评价指标,是材料的实际使用极限。因为在应力超过材料屈服极限后产生颈缩,应变增大,使材料破坏,不能正常使用。
当应力超过弹性极限后,进入屈服阶段后,变形增加较快,此时除了产生弹性变形外,还产生部分塑性变形。当应力达到B点后,塑性应变急剧增加,应力应变出现微小波动,这种现象称为屈服。这一阶段的最大、最小应力分别称为上屈服点和下屈服点。由于下屈服点的数值较为稳定,因此以它作为材料抗力的指标,称为屈服点或屈服强度()。有些钢材(如高碳钢)无明显的屈服现象,通常以发生微量的塑性变形(%)时的应力作为该钢材的屈服强度,称为条件屈服强度。
首先解释一下材料受力变形。材料的变形分为弹性变形(外力撤销后可以恢复原来形状)和塑性变形(外力撤销后不能恢复原来形状,形状发生变化,伸长或缩短)
建筑钢材以屈服强度作为设计应力的依据。
所谓屈服,是指达到一定的变形应力之后,金属开始从弹性状态非均匀的向弹-塑性状态过度,它标志着宏观塑性变形的开始。
(3)影响屈服强度的因素
<1>金属材料的屈服变形是位错增殖和运动的结果,凡影响位错增殖和运动的各种因素,必然影响金属的屈服强度:<2>实际金属材料中单个晶粒的力学行为并不能决定整个材料的力学行为,要考虑晶界、相邻晶粒的约束、材料的化学成分以及第二项的影响:<3>各种外界因素通过影响位错运动而影响屈服强度。
(4)缩颈现象
缩颈是韧性金属材料在拉伸试验时变形集中于局部区域的特殊现象,它是应变硬化与截面积减小共同作用的结果。如下图(1):
(5)抗拉强度
材料在拉伸断裂前所能够承受的最大拉应力。
当钢材屈服到一定程度后,由于内部晶粒重新排列,其抵抗变形能力又重新提高,此时变形虽然发展很快,但却只能随着应力的提高而提高,直至应力达最大值。此后,钢材抵抗变形的能力明显降低,并在最薄弱