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-1-力学性能试验理论和操作方法培训讲义培训目的：通过培训使被培训人员具备从事拉力试验工作的基础理论知识同时掌握拉力试验的基本操作方法。培训提纲：1、了解与金属相关的基本概念，原理；2、掌握力学性能试验仪器的使用方法和试验所依据的国家标准内容；3、掌握常规品种无缝钢管的力学性能指标和试验结果的判定培训内容：第一部分基础理论部分讲述金属，合金和钢等基本名词的概念和金属的结合方式金属是存在于自然界中的化学元素，在目前发现的107种元素中，金属有83种，那么什么是金属呢？金属是指具有正的电阻温度系数的物质；合金是指由一种金属元素跟其他金属或非金属元素熔合而成的具有金属特性的物质；钢是以铁为主要元素，含碳量在2%（质量分数）以下并含有其他元素的铁碳合金，为了保证钢具有一定的塑性和韧性，一般的含碳量不超过1．7%。金属是由原子组成的，金属原子的结构特点是外层电子少，容易失去，当金属原子相互靠近时，其外层的价电子脱离原子核成为自由-2-电子，为整个金属所共有，这种由金属正离子和自由电子之间相互作用而构成的键合方式称为金属键。在固态金属中原子依靠金属键结合在一起。晶体是指原子在三维空间做有规则的周期性重复排列的物质，包括空间点阵，晶格，晶胞，其中最典型最常见的金属晶体结构有三种类型，体心立方结构（铁素体），面心立方结构（奥氏体）和密排六方结构，前两种属于立方晶系，后一种属于六方晶系。因此影响金属材料性能的内在基本因素包括化学成分、原子集合体的结构、内部组织，例如铁碳合金中铁素体的硬度和强度不高，但具有良好的塑性和韧性是柔韧相，渗碳体硬度很高而塑性和韧性几乎为零，脆性大。第二部分实际操作和相关标准一、讲解游标卡尺和千分尺的使用方法试样的几何尺寸测量是力学试验过程中极其重要的一环，测量的精准，关系到其后各项力学性能指标的准确，因此必须保证测量环节精确。1、游标卡尺的使用方法：游标卡尺也叫卡尺是用来测量钢管的外径，其测量的精度为0.1mm，它是由一个主刻度尺和一个游动刻度卡尺组成，由一个固定在主尺上的固定卡足和另一个游动卡足组成测量端。我们使用的游标卡尺的刻度是30个刻度即30mm，在游标尺上分成10个部分，游标尺的每一个刻度为0.1mm，当我们用卡尺的两个卡足将钢管夹紧时，假如游标尺的零度在主尺的12与13之间，那么我们测量的钢管外径-3-为12mm多一些，再看游标尺的哪一个刻度同主尺上的刻度相重合，若主尺的第一个刻度与游标尺第5个刻度相重合，那么毫米后的小数为0.5mm，所以所测钢管的外径为12+0.5等于12.5毫米。2、千分尺的使用方法千分尺主要测量钢管的壁厚，千分尺的构造是钢弓架上有套筒，套筒上刻有测微螺纹，芯杆可在其中旋转，芯杆上也有测微螺纹，芯杆尾部装有带滚花的拧头，拧头用来使螺纹芯杆在套筒内移动，芯杆表面刻度为每个0.5mm，，在套筒的斜棱上有50个等距离的刻度，每一个刻度代表0.01mm。测量时先将试样放在顶头与芯杆之间，然后用套筒粗柠芯杆，再用滚花拧头拧紧芯杆，此后先从芯杆上读出刻度整数，再从套筒斜棱上读出小于0.5mm的数值。例如测量壁厚是先从芯杆上读出15.5mm,且套筒斜棱上第28个刻度与芯杆上的横线重合故试样的壁厚为15.5+0.28=15.78mm。二、介绍引伸计的工作原理和操作方法引伸计是感受试件变形的传感器。引伸计由于原理简单、安装方便，目前是广泛使用的一种类型。引伸计按测量对象，可分为轴向引伸计、横向引伸计、夹式引伸计。夹式引伸计用于检测裂纹张开位移。夹式引伸计是断裂力学实验中最常用的仪器之一，它较多用在测定材料断裂韧性实验中。精度高，安装方便、操作简单。1、引伸计结构及工作原理应变片、变形传递杆、弹性元件、限位标距杆、刀刃和夹紧弹簧等。测量变形时,将引伸计装卡于试件上,刀刃与试件接触而感-4-受两刀刃间距内的伸长,通过变形杆使弹性元件产生应变,应变片将其转换为电阻变化量,再用适当的测量放大电路转换为电压信号.2、引伸计使用方法（1）、首先将定位销插入定位孔内；（2）、用两个手指夹住引伸计上下端部，将上下刀口中点接触试件（试件测量部位），用弹簧卡或皮筋分别将引伸计的上下刀口固定在试件上；（3）、取下定位销，切记：实验前必须检查，以免造成引伸计损坏）（4）、在试验机控制软件〖实验条件选择〗界面，选择曲线跟踪方式是载荷－变形曲线；（5）、引伸计信号显示调零。三、液压式万能材料试验机操作方法我们通常所见的试验机实际应叫做材料试验机，它是一种用来验测各种材料式部件的机械物理性能的仪器.材料试验机的分类方法很多，常见的有：a)按照出力源的类型分主要有电机、液压、气动、电磁等几种；b)按测量结束的指示类型分主要有数显、指针；我们现在使用的拉力机就是液压和指针类型的材料试验机，其使用方法为：1、根据估计试验所达到的最大载荷选择合适的读盘；2、悬挂摆砣时根据读盘上的量程范围从小到大依次按照A、-5-A+B、A+B+C悬挂摆砣；3、按照要求夹装好试样（下端先不夹注，开动油泵，转动丝杆调整度盘指针零位）；4、夹装试样时，上下对正，夹满钳口，加载时，不应突然生的过快，使试样受到冲击力，也不要突然无故关闭，使试样所受载荷突然下降而影响试验数据的准确性，当试样断裂后，将送油阀关闭（右边），再缓慢打开回游阀（左边），使指针回零。5、送油阀不要拧的过紧，以免损坏油针，回油阀要拧紧6、试验结束后，应先关送油阀，再打开回油阀，待指针回零后关闭电源。四、《金属材料室温拉伸试验方法》GB/T228-2002标准主要内容金属的一项重要特性是具有塑性，利用塑性可以对金属材料进行压力加工。金属在外力作用下，首先发生弹性变形，外力增加到一定值时除发生弹性变形外还发生塑性变形，继续加大载荷，塑性变形量逐渐增大，直至发生断裂。由此可见金属在外力作用下的变形分为弹性变形和塑性变形两个阶段，在弹性变形阶段外力去除，变形消失，试样恢复原来形状；而在塑性变形阶段外力卸除变形只能部分恢复，而保留一部分塑性变形。为了合理使用钢材制品并评定它的质量，各种技术标准中都有对钢材制品进行力学性能检验的规定。力学性能是指试样受外力作用时反映出来的各种指标包括抗拉强度、屈服强度、伸长率、断面收缩率和冲击韧性等。这些指标分为强度指标和塑性指标。金属材料在外力作用下抵抗变形和断裂的能力叫强度，屈服强度-6-和抗拉强度就是强度指标；金属材料在受力破坏前可以经受永久变形的能力叫塑性，塑性指标通常用伸长率和断面收缩率表示，伸长率和断面收缩率百分数越大，则塑性愈好，反之，塑性越差。拉力试验包括机械性能和工艺性能试验，本标准使用于金属材料室温拉伸性能的测定。标准规定了如何进行金属材料拉伸试验方法的原理，定义，符号和说明，试样及其尺寸测量，试验设备，试验要求，性能测定，测定结果数值修约和试验报告，试验是在23±5℃下用拉力机拉伸试样，一般拉至断裂以测定所需的性能数值。1、在日常工作中常用的力学名词定义包括原始标距、断后标距、应力、断后伸长率、断面收缩率、最大力、抗拉强度、屈服强度、规定总延伸强度，规定非比例延伸强度。原始标距是指施力前的试样上的标距（L0）断后标距是指试样断裂后的标距（LU）断后伸长率是指断后标距的残余伸长（LU-L0）与原始标距之比的百分率。断面收缩率是指断裂后横截面积的最大缩减量与原始横截面积之比的百分率最大力是指试样在屈服阶段之后所能抵抗的最大力应力是指试验期间任一时刻的力除以试样原始横截面积（S0）的商抗拉强度（Rm）也叫强度极限是指相应最大力的应力也就是试样在拉断前能承受的最大载荷除以原横截面积所得到的应力，它表示-7-金属材料在拉力作用下抵抗破坏的最大能力。屈服强度是指当金属材料出现屈服现象时，在试验期间达到塑性变形而力不增加的应力点，分为上屈服强度和下屈服强度，上屈服强度是试样发生屈服而力首次下降前的最大力；下屈服强度是在屈服期间，不计初始瞬时效应时的最低应力。规定总延伸强度（Rt）：总延伸率等于规定的引伸计标距百分率时的应力，使用的符号应附以下脚注说明所规定的百分率，例如Rt0.5表示规定总延伸率为0.5%时的应力。规定非比例延伸强度（RP）：非比例延伸率等于规定的引伸计标距百分率时的应力，使用的符号应附以下脚标注说明所规定的百分率，例如Rp0.2表示规定非比例延伸率为0.2%时的应力2、对试样的形状和尺寸和原始标距的测定要求试样的形状与尺寸取决于被试验的金属产品的形状和尺寸，试样横截面可以是圆形，矩形，多边形，通常试样进行机加工，平行长度和夹持头部之间应以过渡弧连接，试验头部形状应当符合试验机夹头的夹持，试样轴线应与力的作用线重合，开始试验时首先用卡尺和千分尺对试样的外径和壁厚进行精准测量，据此计算出试样的横截面积。试样标距分为比例标距和非比例标距两种，凡试样标距与试样的原始横截面积有以下关系的L0=K0S称为比例标距；非比例标距（定标距）与试样的原始横截面积不存在上述比例关系，如果采用比利试样，应采用比例系数K=5.65此值是国际通用，除非采用此比例系数时不能满足最小标距15mm的要求时，在采用其他比例系数是K=11.3-8-优先采用。对于无明显屈服的非比例试样的横截面积＝试样宽度*壁厚，原始标距为50.8；对于比例试样横截面积＝﹙外径-壁厚﹚*壁厚*3.14；原始标距=比例系数*横截面积，应将原始标距的计算值修约至最接近5㎜的倍数，也就是说个位和小数点第一位的数字按照0—2.5取0；2.5—7.5取5；7.5以上向前进位个位数为零的方法确定比例试样的标距，也就是说标距的个位只能是5或0，原始标距应用细化线标记清晰，如果试样的平行长度比原始标距长很多，可以标记一些套叠的原始标距（如热轧试样）。3、各项机械性能的测定和计算方法屈服强度的测定：对于呈现明显屈服现象的金属材料，屈服强度可以通过图解法，指针法和自动测试系统测定，图解法是试验时通过记录力—延伸曲线，从曲线图读取力首次下降前的最大力和不计初始瞬时效应时屈服阶段的最小力和恒定力，将其分别除以试样原始横截面积得到上屈服强度和下屈服强度。﹙仲裁方法采用图解法﹚。指针法是读取测力度盘指针首次回转前指示的最大力和不计初始瞬时效应时屈服阶段中指示的最小力或首次停止转动指示的恒定力，将其分别除以试样原始横截面积得到上屈服强度和下屈服强度。规定总延伸强度的测定：含碳量较高，合金含量较多和淬火回火钢的屈服现象不明显，其屈服载荷难以在试验机上读出，这时就把引起试样标距部分发生一定残余伸长量的载荷，规定为试样的屈服载荷，例如Rt0.5，在力—延伸曲线图上，纵轴代表力，横轴代表延伸，-9-在横轴划一条平行于力轴﹙纵轴﹚并于横轴上的距离等效于规定总延伸率的平行线，此平行线与曲线的交叉点给出相应于规定总延伸强度的力，用此力除以试样的横截面积得到规定总延伸强度。我们现在使用百分表测量规定总延伸强度Rt0.5，是当百分表指针旋转一周时读取试验机刻度盘对应的力用此力除以试样原始横截面积得到规定总延伸强度。抗拉强度的测定；采用指针法和图解法测定抗拉强度，对于呈现明显屈服现象的金属材料，从记录力—延伸曲线图，或从测力度盘读取过了屈服阶段之后的最大力；对于呈现无明显屈服现象的金属材料从记录力—延伸曲线图，或从测力度盘读取试验过程中的最大力，此力除以试样的原始横截面积得到抗拉强度。屈服强度和抗拉强度的最终数值也应修约至最接近5的数值（同上原始标距）。断后伸长率的测定：为了测定断后伸长率，应将试样断裂的部分仔细地配接在一起使其处于同一条直线上，测量与断裂处两端最临近的标记长度用其减去原始标距的数值除以原始标距得到断后伸长率。断后伸长率越高说明试样的韧性越好。断后伸长率＝原始标距原始标距断后标距×100%断面收缩率的测定测量时将试样断裂部分配接在一起使其处于同一条直线上，对于圆形横截面积在缩颈最小处测量直径，计算最小横截面积，对与矩形试样测量缩颈处宽度和壁厚，两者之乘积为断后最小横截面积，用原-10-始横截面积减去断后横截面积之差除以原始横街面积的百分率得到断后收缩率。断后收缩率＝原始横截面积断后横截面积原始横截面积×100%试验结