拉伸试验课件

材料的拉伸试验上海材料研究所检测中心凌霄金属拉伸试验原理及目的将轴向拉力施加于特殊样品，测定样品在被拉断过程中的一项或几项力学性能指标。弹性性能：弹性模量、泊松比（GB/T8653-1988）强度性能：屈服强度，规定非比例延伸强度，规定总延伸强度、规定残余延伸强度，抗拉强度延性性能：屈服点延伸率、最大力总伸长率、最大力非比例伸长率、断后伸长率、断裂总伸长率、断面收缩率室温（GB/T228-2002）（eqvISO6892:1998）高温（GB/T4338-2006）（ISO783:1999MOD）低温（GB/T13239-2006）（ISO15579:2000MOD）其它性能：薄板及薄带的应变硬化指数、塑性应变比（GB/T5028-1999）（eqvISO10275:1993）（GB/T5027-1999）（eqvISO10113:1991）应力及应变理论2coscoscosooSFSFSFcossincossinooSFSFα=0α=F/S0=τα=0α=45°α=F/2S0τα=F/2S0=F/S0==ΔL/L0拉伸曲线物理现象1、弹性变形阶段2、滞弹性变形阶段3、屈服前微塑性变形阶段4、屈服阶段5、均匀塑性变形阶段6、局部塑性变形阶段应力—应变曲线1、弹性变形(o~a)在这个阶段中，被拉试样的变形是弹性的，它完全可逆，并且力与伸长是成比例的线性关系。如果在试验过程中卸除拉力，则试样的伸长变形会消失，即试样可以恢复到原长，不会产生残余伸长。2、滞弹性变形(a~b)在此阶段被拉试样的变形仍为弹性变形，它仍然可逆，但是力与伸长不是成比例的线性关系。如果在试验过程中卸除拉力F，则试样的伸长变形便消失，即试样也可以恢复到原长。对于金属，此阶段很短力—伸长曲线3、屈服前微塑性变形(b~c)在此阶段被拉试样开始出现连续均匀的微小塑性变形，其特征是外力卸除后试样不能恢复到原有长度，此阶段很短，不容易与滞弹性变形准确区分4、屈服(c~d~e)在此阶段，试样受外力的作用产生了较大的塑性变形。这种变形在卸除拉力后，试样的伸长不会消失。此时，随着拉伸时间的延续，试样伸长急剧增加，但载荷却在小范围内波动，拉伸曲线上可见一水平线段de，该线段对应的外力即为屈服力（分为上、下屈服力，分别以FeL和FeH表示）应力—应变曲线5、均匀塑性变形阶段(e~f)在此阶段中，试样的某一部分产生塑性变形，虽然这一部分截面减小，使此处承受负荷的能力下降。但由于变形强化的作用而阻止了塑性变形在此处继续发展，使变形推移到试样的其他部位。这样，变形和强化交替进行，就使试样各部位产生了宏观上均匀的塑性变形。6、局部塑性变形阶段(f~g)由于均匀塑性变形的强化能力跟不上变形，终于在某个截面上产生了局部的塑性变形，致使该截面不断缩小，并且载荷下降，产生了缩颈现象，虽然外力不断下降，但缩颈部位的实际应力仍不断在增长，因此缩颈部位的材料继续被拉长，直至断裂为止。不同材料拉伸的应力—应变曲线图a是低碳钢(例Q235)的-曲线。它有锯齿状的屈服阶段，分上、下屈服，均匀塑性变形后产生缩颈，然后试样断裂。图b是中碳钢(例Q345)的-曲线。它有屈服阶段，但波动微小，几乎成一直线，均匀塑性变形后产生缩颈，然后试样断裂。不同材料拉伸的应力—应变曲线图c是淬火后低、中温回火钢或冷轧板(例ST14)的-曲线，它没有可见的屈服阶段，试样在产生均匀塑性变形并缩颈后断裂。图d是铸铁、淬火钢、冷拔丝材等较脆材料的-曲线。它不仅没有屈服阶段，而且在产生少量的均匀塑性变形后就突然断裂。基本术语1、平行长度Lc试样两头部或两夹持部分（不带头试样）之间的平行长度。俗称：可工作段。(名义截面积相等)2、试样标距原始标距L0：试验前，测量试样伸长所标记的长度。引伸计标距Le：用引伸计测量试样延伸所使用的试样部分的长度。断后标距Lu：试样拉断后，将断口对接在一起时,试样的标距长度3、断面收缩率Z试样拉断后，缩颈处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分率。与应力有关的术语1、屈服强度上屈服强度ReH：试样发生屈服，并且外力首次下降前的最高应力。下屈服强度ReL：不记初始瞬时效应时，屈服阶段中的最低应力。2、规定延伸强度规定非比例延伸强度Rp：试样标距部分的非比例延伸达到规定的引伸计标距百分率时的应力。规定总延伸强度Rt：试样标距部分的总延伸达到规定的引伸计标距百分率时的应力。规定残余延伸强度Rr：试样卸除外力后，标距部分的残余延伸达到规定的引伸计标距百分率时的应力。3、抗拉强度Rm试样受外力（屈服阶段之前不计）拉断过程中所承受的最大名义应力。伸长率术语断后伸长率A：试样拉断后，原始标距部分的伸长与原始标距的百分率。断裂总伸长率At:试样在断裂时刻，原始标距的总伸长（弹性伸长加塑性伸长）与原始标距的百分率。最大力下的非比例伸长率Ag：试样拉至最大力下时，原始标距的非比例伸长与原始标距的百分率。最大力下的总伸长率Agt：试样拉至最大力下时，原始标距的伸长（弹性伸长加塑性伸长）与原始标距的百分率。延伸率术语非比例延伸率P:试验中任一时刻，引伸计标距的非比例延伸与引伸计标距的百分率。残余延伸率r：试样施加并卸除外力后，引伸计标距的延伸与引伸计标距的百分率。总延伸率T：试验中任一时刻，引伸计标距的总延伸（弹性延伸加塑性延伸）与引伸计标距的百分率。屈服点延伸率Ae:试样自屈服开始到屈服阶段结束之间，引伸计标距的伸长与引伸计标距的百分率。其他术语1、弹性模量E轴向拉应力与轴向应变形成线性比例关系阶段中，拉伸应力与拉伸应变之比值。2、泊松比轴向应力与轴向应变成线性比例关系范围内，横向应变与轴向应变之比的绝对值。3、应变硬化指数n在单轴拉力作用下，真实应力与真实应变数学方程式(指数方程)中的真实应变指数。4、塑性应变比r金属薄板试样沿轴向拉伸到产生均匀塑性变形时，试样标距内宽度方向的真实应变与厚度方向的真实应变之比值。性能名称对照表新标准旧标准性能名称符号性能名称符号断面收缩率Z断面收缩率ψ断后伸长率A断后伸长率δ断裂总伸长率At最大力总伸长率Agt最大力下的总伸长率δgt最大力非比例伸长率Ag最大力下的非比例伸长率δg屈服点延伸率Ae屈服点伸长率δS屈服强度屈服点σS上屈服强度ReH上屈服点σSU下屈服强度ReL下屈服点σSL规定非比例延伸强度Rp规定非比例伸长应力σp规定总延伸强度Rt规定总伸长应力σT规定残余延伸强度Rr规定残余伸长应力σr抗拉强度Rm抗拉强度σb试样（见取样）取样部位取样方向取样数量加工要求形状及尺寸比例试样（长试样，短式样）定标试样比例及定标试样由于断后伸长率A值与K=Lo/的比值有关，因此，K值相同的试样称为比例试样。通常把K=5.65称为短比例试样,记为A；K=11.3称为长比例试样,记为A11.3。根据Lo=K可知：圆截面短（长）比例试样的标距为5do(10do)；矩形截面短（长）比例试样的标距为5.65(11.3)。试验时，一般优先选用短比例试样，但要保证原始标距不小于15mm，否则，建议采用长比例试样或其他类型试样。对于截面较小的薄带试样以及某些异型截面试样，由于其标距短或截面不用测量（例如：只测定延伸率）可以采用Lo为50、100、200mm的定标距试样。它的标距与试样截面不存在比例关系。有关钢的伸长率换算见：GB/T17600-19980s0s0s0s延伸率标距的计算举例短比例延伸率试样标距长度为:Lo=5.65对于宽20mm,厚4mm的板材Lo=5.65(20*4)=50.54mm对于直经为10mm的圆棒Lo=5.65(10*10*3.14/4)=50mm对于截面积为95mm的试样Lo=5.65(95)=55.07mm长比例延伸率试样标距长度为:Lo=11.3注意:比例试样的原始标距值，取计算结果最接近5mm的倍数，中间值向大的一方取值，标距的长度应精确到取值数值的±1%。0s0s2/12/12/1试样图圆棒试样薄板试样板材试样剖管试样试验设备要求符合JJG139或JJG57的1级试验机的要求有调速指示装置有记录或显示装置由计量部门检定合格级别力值示值相对误差力值示值变动度力值示值进回程误差0.512±0.5%±1.0%±2.0%0.5%1.0%2.0%0.75.%1.5%3.0%试验设备图试验设备图试验设备图引伸计要求引伸计标距放大倍数量程精度等级级别应变示值允许误差标距允许误差进回程相对误差㎜/㎜%%%0.1(A)0.3(B)0.5(C)1(D)2(E)3(F)±0.00002±0.00005±0.0001±0.0002±0.0005±0.001±0.1±0.3±0.5±1.0±2.0±3.0±0.25±0.5±0.5±1.0±2.0±3.0±0.3±0.3±0.5±0.5±1.0±2.0引伸计图引伸计图量具测量试样原始截面尺寸时，应按照下表选取量具。根据所测得的试样尺寸，计算横截面积So并至少保留4位有效数字。截面尺寸㎜量具最小刻度值㎜0.1～.05＞0.5～2.0＞2.0～10.0＞10.00.0010.0050.010.05尺寸测量（1）圆形试样应在试样工作段的两端及中间处两个相互垂直的方向上各测一次直径，取其算术平均值，选用三处测得横截面积中的最小值。横截面积So按下面的公式计算：So=1/4πdo²矩形试样应在试样工作段的两端及中间处测量其宽度和厚度，选用三处测得横截面积中的最小值。横截面积So按下面公式计算：So=aobo园管纵向弧形试样应在试样工作段的两端及中间处测量，选用三处测得横截面积中的最小值。有关标准或协议无规定时，横截面积So按下面的公式计算：So=ab[1+b²/6D(D-2a)]b/D＜0.25So=abb/D＜0.17计算时,管外径D取标称值。尺寸测量（2）园管试样应在管的一端两个相互垂直的方向各侧一次外径，取其算术平均值。在同一管端圆周上相互垂直的方向测量四处管壁厚度，取其算术平均值。用平均外径和平均管壁厚度计算得到的横截面积作为标距内的原始横截面积。原始横截面积So按下面的公式计算：So=πa(D–a)未经加工的等截面试样，其横截面积So可以根据测得的试样长度、质量和材料密度按下面的公式计算。长度Lt、质量m的测量精度应达到±0.5%，密度ρ至少取3位有效数字。So=m/ρLt尺寸测量举例板材宽厚面积第1次20.014.1082.04第2次20.024.0981.88第3次20.004.1182.20圆棒直经1直经2面积第1次10.0110.00第2次10.0110.01第3次10.0010.0078.54管材第1次第2次第3次第4次平均面积厚2.012.001.992.002.00238.9外经40.0539.9940.02剖管宽厚面积修正面积备注(修正系数1.0127)第1次14.945.6584.4185.48So=ab[1+b²/6D(D-2a)]b/D＜0.25So=abb/D＜0.17第2次14.955.65第3次14.955.72标记原始标距用两个或一系列小标距、细划线或墨线标记原始标距，所采用的方法不能影响试样过早断裂。当试样工作段远长于试样标距时，可标记相互重叠的几组标距。比例试样的原始标距值，取计算结果最接近5mm的倍数，中间值向大的一方取值，标距的长度应精确到取值数值的±1%。试验速度（1）金属材料的弹性模量N/mm²应力速率，N/mm²·s-1最小最大＜150000≥150000262060*78.54=4.7kN最大从试验开始到上屈服强度，夹头的分离速度应保持不变并在下表规定的应力速率范围内转换成横梁速率为：L×/EL0=60mm时位移速度上限=60×60/200000×60=1.08mm/min测定屈服点时，试样平行长度内的应变速率为0.00025～0.0025/s,测定规定非比例延伸强度时，应力速率也应满足上表。应变速率不应超过0.0025/s。L0=60mm时位移速度上限=60*60*0.0025=9mm/min试验速度（2）通常而言