力学性能培训资料

第一节拉伸试验拉伸试验是在单向应力状态下,温度恒定、以及静载作用下进行的.拉伸试验是材料力学性能测试中昀常用的试验方法之一,拉伸试验简单易行,试样制备简单,测量数据精确,能够清楚地反映出材料受力后所发生的弹性、塑性与断裂三个变形阶段的基本特性,通过拉伸试验可以得到材料的基本力学性能指标,如弹性模量E、泊松比μ、规定塑性延伸强度RP、屈服强度、包括上屈服强度ReH和下屈服强度ReL、抗拉强度Rm、断后伸长率A、断面收缩率Z、应变硬化指数(n值)和塑性应变比(r值)等。拉伸试验所得到的上述强度指标和塑性指标,对于工程设计及合理选材,优选工艺、研制新材料、合理使用现有材料和改善其力学性能、采购、验收,质量控制、安全评估都有着很重要的应用价值和参考价值,因此，很多产品都要测定材料的拉伸性能，并直接以拉伸试验的结果为依据来判定合格与否。另外，拉伸试验可以揭示材料的基本力学行为规律，也是研究材料力学性能的基本试验方法。因此,各个国家和国际标准化组织都制定了完善的拉伸试验标准,将拉伸试验列为力学试验中昀基本、昀重要的试验项目。我国2009年颁布了国家标准GB/T228.1-2009《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》,该标准等效采用Metallicmaterials-Tensiletesting-Methodoftestatambienttemperature(ISO/FDIS6892-1:2008,MOD)国际标准,与拉伸试验有关的标准还有:GB/T22315-2008金属材料弹性模量试验方法GB/T4338-2006金属材料高温拉伸试验方法GB/T13239-2006金属材料低温拉伸试验方法GB/T5027-2007金属薄板和薄带塑性应变比(r值)试验方法GB/T5028-2009金属薄板和薄带拉伸应变硬化指数(n值)试验方法GB/T8170-2008数字修约规则GB/T16865-1997变形铝、镁及其合金加工制品拉伸试验用试样GB/T10573-1989有色金属细丝拉伸试验方法GB/T228.4-2009金属材料拉伸试验第4部分：液氦试验方法3.1.1拉伸试验的范围、术语及定义GB/T228.1-2009《金属材料拉伸试验室温试验方法》适用于金属材料室温拉伸性能的测定。但对于小横截面尺寸的金属产品，例如金属箔、超细丝和毛细管等的拉伸试验需要相关方的协议。GB/T228.1-2009《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》采用下列术语及定义：1)标距L测量伸长用的试样圆柱或棱柱部分的长度。2)原始标距L0室温下施力前的试样标距。3)断后标距Lu在室温下将断后的两部分试样紧密地对接在一起，保证两部分的轴线位于同一条直线上，测量试样断裂后的标距。4)平行长度Lc试样平行缩减部分的长度。注：平行长度的概念被未加工试样夹持部分之间的距离取代。5)伸长试验期间任一时刻原始标距的增量。6)伸长率原始标距的伸长与原始标距Lo之比的百分率。7)残余伸长率卸除指定的应力后，伸长相对于原始标距Lo的百分率。8)断后伸长率A断后标距的残余伸长（Lu-L0）与原始标距(L0)之比的百分率。注：对于比例试样，若原始标距不为5.65)10S(为平行长度的原始横截面积)，符号A应附以下脚注说明所使用的比例系数，例如，A0S11.3表示原始标距为11.30S的断后伸长率。对于非比例试样，符号A应附以下脚注说明所使用的原始标距，以毫米（mm）表示，例如，表示原始标距为80mm的断后伸长率。mmA801）π004565.5SS=9)引伸计标距Le用引伸计测量试样延伸时所使用试样引伸计起始标距长度。注：对于测定屈服强度和规定强度性能，建议Le应尽可能跨越试样平行长度。理想的Le应大于L0/2但小于约0.9Lc。这将保证引伸计能检测到发生在试样上的全部屈服。昀大力时或在昀大力之后的性能，推荐Le等于L0或近似等于L0，但测定断后伸长率时Le应等于L0。10)延伸试验期间任一给定时刻引伸计标距Le的增量。11)延伸率用引伸计标距Le表示的延伸百分率12)残余延伸率试样施加并卸除应力后引伸计标距的增量与引伸计标距Le之比的百分率。13)屈服点延伸率Ae呈现明显屈服（不连续屈服）现象的金属材料，屈服开始至均匀加工硬化开始之间引伸计标距的延伸与引伸计标距Le之比的百分率。见图3.7。14)昀大力总延伸率Agt昀大力时原始标距的总延伸（弹性延伸加塑性延伸）与引伸计标距Le之比的百分率。见图3.1。15)昀大力塑性延伸率Ag昀大力时原始标距的塑性延伸与引伸计标距Le之比的百分率。见图3.1。16)断裂总延伸率At断裂时刻原始标距的总延伸（弹性延伸加塑性延伸）与引伸计标距Le之比的百分率。见图3.1。17)试验速率a)应变速率eLe&用引伸计标距测量时单位时间的应变增加值。eLb)平行长度应变速率的估计值Lc根据横梁分离速率和试样平行长度Lc计算的试样平行长度的应变单位时间内的增加值。c)横梁位移速率νc单位时间的横梁位移。d)应力速率R&单位时间应力的增加。注：应力速度只用于方法B试验的弹性阶段。18)断面收缩率Z断裂后试样横截面积的昀大缩减量(So-Su)与原始横截面积So之比的百分率:100×−=ouoSSSZ19)昀大力Fm对于无明显屈服（不连续屈服）的金属材料，为试验期间的昀大力。对于不连续屈服的金属材料，在加工硬化开始之后，试样所承受的昀大力。注：见图3.8a)和3.8b)。20)应力R试验期间任一时刻的力除以试样原始横截面积So之商。注1：此应力指的是工程应力。注2：在后续标准文本中，符号“力”和“应力”或“延伸”，“延伸率”和“应变”分别用于各种情况（如图中的坐标轴标识所示，或用于解释不同力学性能的测定）。然而，对于曲线上一已定义点的总描述和定义，“力”和“应力”或“延伸”，“延伸率”和“应变”相互之间是可以互换的。21)抗拉强度Rm相应昀大力(Fm)的应力。22)屈服强度当金属材料呈现屈服现象时，在试验期间达到塑性变形发生而力不增加的应力点。应区分上屈服强度和下屈服强度。a)上屈服强度ReH试样发生屈服而力首次下降前的昀大应力。见图3.2。b)下屈服强度ReL在屈服期间，不计初始瞬时效应时的昀小应力。见图3.2。c)规定塑性延伸强度Rp塑性延伸率等于规定的引伸计标距Le百分率时对应的应力。注：使用的符号应附下脚标说明所规定的塑性延伸率，例如，Rp0.2，表示规定塑性延伸率为0.2%时的应力。见图3.3。d)规定总延伸强度Rt总延伸率等于规定的引伸计标距Le百分率时的应力。注：使用的符号应附下脚标说明所规定的总延伸率，例如Rt0.5，表示规定总延伸率为0.5%时的应力。见图3.4。e)规定残余延伸强度Rr卸除应力后残余延伸率等于规定的原始标距Lo或引伸计标距Le百分率时对应的应力。注：使用的符号应附下脚标说明所规定的残余延伸率。例如Rr0.2，表示规定残余延伸率为0.2%时的应力。见图3.5。23)断裂当试样发生完全分离时的现象。R-应力e-延伸率Δe-平台范围A：断后伸长率（从引伸计的信号测得或直接从试样上测得）Ag：昀大力塑性延伸率Agt：昀大力总延伸率At：断裂总延伸率Rm：抗拉强度mE：应力-延伸率曲线上弹性部分的斜率图3.1延伸的定义拉伸试验所用的符号和说明见表3.1表3.1符号和说明符号单位说明试样ao,Tamm矩形横截面试样原始厚度或原始管壁厚度bomm矩形横截面试样平行长度的原始宽度或管的纵向剖条宽度或扁丝原始宽度domm圆形横截面试样平行长度的原始直径或圆丝原始直径或管的原始内径Domm管原始外直径Lomm原始标距L'omm测定Awn的原始标距Lcmm平行长度Lemm引伸计标距Ltmm试样总长度dumm圆形横截面试样断裂后缩颈处昀小直径。Lumm断后标距L'umm测量Awn的断后标距Somm2原始横截面积Summ2断后昀小横截面积k-比例系数Z%断面收缩率伸长A%断后伸长率Awn%无缩颈塑性伸长率Ae%屈服点延伸率Ag%昀大力Fm塑性延伸率Agt%昀大力Fm总延伸率At%断裂总延伸率错找用源。m误！未到引Lmm昀大力总延伸△Lfmm断裂总延伸速率e&Les-1应变速率e&Lcs-1平行长度估计的应变速率vcmm-1横梁分离速率sR&MPa应力速率s-1力FmN昀大力屈服强度-规定强度–抗拉强度ReHMPab上屈服强度ReLMPa下屈服强度RmMPa抗拉强度RpMPa规定塑性延伸强度RrMPa规定残余延伸强度RtMPa规定总延伸强度EMPab弹性模量mMPa应力-延伸率曲线在给定试验时刻的斜率mEMPa应力-延伸率曲线弹性部分的斜率ca用于钢管产品标准的符号b1MPa=1N/mmc如果使用昀佳条件（高分辨力，平均引伸计，良好的试样对中），应力-延伸率曲线的弹性部分的斜率值接近弹性模量值。R应力e延伸率a初始瞬时效应ReH上屈服强度ReL下屈服强度图3.2.不同类型曲线的上屈服强度下屈服强度R应力e延伸率1规定塑性延伸率RP：规定塑性延伸强度图3.3规定塑性延伸强度R应力e延伸率1规定总延伸率Rt：规定总延伸强度图3.4规定总延伸强度R应力e延伸率1规定残余延伸率Rr：规定残余延伸强度图3.5规定残余延伸强度Y-应力e-延伸率1-规定塑性延伸率RP：规定塑性延伸强度图3.6规定塑性延伸强度a)水平线法b)回归线法R应力e延伸率a经过均匀加工硬化前昀后昀小值点的水平线b经过均匀加工硬化前屈服范围的回归线c均匀加工硬化开始处曲线的昀高斜率线Ae：屈服点延伸率ReH:上屈服强度图3.7屈服点延伸率Ae的不同评估方法c）应力-延伸率状态的特殊情况（见注1）图解：R应力e延伸率ReH：上屈服强度Rm：抗拉强度注1：呈现图8c）应力-延伸率状态的材料，按照拉伸标准无确定的抗拉强度。双方可以另做协议。图3.8从应力-延伸率曲线测定抗拉强度Rm的几种不同类型e&应变速率t拉伸试验时间进程1范围1：%2000007.01±=−se&2范围2：%2000025.01±=−se&3范围3：%200025.01±=−se&4范围4：()%20min4.0%200067.011±±=−−se&5引伸计控制或横梁控制6横梁控制a推荐的图3.9拉伸试验中测定ReH、ReL、Rp、Rt和Rm时应选用的应变速率范围图解：e延伸率R应力a非真实值，产生了突然的应变速率增加b如果应变速率突然增加时的应力-延伸率状态图3.10在应力-延伸率曲线上不可允许的不连续性示例3.1.2拉伸试验原理试验系用拉力拉伸试样，一般拉伸至断裂，测定拉伸试验方法中定义中的一项或几项拉伸力学性能。拉伸试验一般在l0℃~35℃范围内的室温下进行。对温度要求严格的试验，试验温度应为23℃±5℃3.1.3拉伸试样所谓拉伸试样，就是经机加工或未经机加工后具有合格尺寸并且满足拉伸试验要求状态的样品。由于大多数力学性能试验都为破坏性试验，不能将每一批材料都作为试样进行试验来评价该材料的质量，而只能抽取一批材料中的一部分进行试验，根据试验的结果对这批材料的质量做出某种判别，因此，试样的真正意义在于它能代表所在的一批材料，这样，正确取样就成了准确评定材料性能的重要环节。3.1.3.1一般要求对于试样的选取与制备，GB／T16865-1997《变形铝、镁及其合金加工制品拉伸试验用试样》规定：①板、带、箔材厚度小于或等于12.5mm时，选用矩形试样，厚度大于12.5mm时，选用圆形试样。②线、棒材应优先选用圆形标准试样，其次为全截面试样。③型材壁厚大于12.5mm时，选用圆形试样；壁厚小于或等于12.5mm时，选用全壁厚矩形试样；若宽度不足时，可选取尽可能宽的圆形试样或矩形试样。若型材不能加工成圆形试样或矩形试样时，可选用全壁厚矩形试样。④管材管材外径小于或等于25mm时，采用全截面试样。管材外径大于25mm时，可根据壁厚选用圆形试样或矩形试样：壁厚小于或等于12.5mm时，采用全截面弧形试样；壁厚大于12.5mm时，采用圆形试样。⑤锻件采用圆形试样。3.1.3.2切取样坯的部位由于金属材料在冷热变形加工过程中