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金属力学性能测试分析

来源:我买仪器网    2017-06-08 22:14:07    关键字:力学性能 金属    

一、拉伸试验

   拉伸试验是金属材料中最广泛使用的力学性能试验方法之一,实验时对装卡在试验机上的试样两端缓慢地施加载荷,使试样的工作部分受轴向拉伸载荷沿轴向伸长至拉断为止。测定试样对外加载荷的抗力,可以求出材料的强度判据,测定试样在拉断后的塑性变形,可以求出材料的塑性判据。

   利用拉伸试验得到的数据可以确定材料的基本力学性能指标,强度指标如弹性极限、屈服强度和抗拉强度;塑性指标如断后伸长率、断面收缩率。

测试设备

   通常利用万能力学试验机进行金属拉伸测试

拉伸测试制样

   金属拉伸试样通常是从毛坯件加工成特定形状与尺寸,拉伸试样的形状与尺寸取决于被试验材料的形状与尺寸,横截面形状有圆形、矩形、多边形、环形、其它形状,最常用的是圆形和矩形。

拉伸曲线分析

 

  o-p 弹性变形阶段:弹性变形、直线

  p-e 滞弹性阶段:弹性变形、曲线

  e-s 屈服阶段:应力上下波动,没有加工硬化

  s-b 塑性应变硬化阶段:材料均匀塑性变形,出现加工硬化

  b-k 缩颈变形阶段:试样出现所经变形,拉力变小,到k点时完全断裂

性能指标

   金属材料拉伸主要性能包括:屈服强度、抗拉强度、断口伸长率和断口收缩率

屈服强度

  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而载荷不增加的应力点

  下屈服强度ReL:在屈服期间内,不计初始瞬时效应时的最小应力

  条件屈服:当无明显屈服点时,规定以产生0.2%残余变形的应力值为其屈服极限

  抗拉强度:试样受外力(屈服阶段之后)过程中所受到的最大名义应力

    抗拉强度表征了材料在拉伸条件下所能承受的最大应力,物理意义是在于它反映了最大均匀变形的抗力

    抗拉强度是脆性金属选材的依据

  断后伸长率和断面伸缩率

  断后伸长率:原始标距部分的伸长与原始标距之百分比

  断面伸缩率:缩颈处横截面积的最大缩减量与原始横截面积之百分比

 

压缩试验

  压缩试验:金属扭转试验是测试金属在压应力作用下抗变形和抗破坏能力的试验。压缩试验主要用于测定脆性或者冷脆性材料如生铁、铸造铝合金、轴承合金的力学性能,对于塑性材料一般不做压缩试验。

硬度试验

洛氏硬度

  压头:圆锥角等于120°的圆锥体

       直径为1.588mm的淬火钢球

  洛氏硬度共九个标尺,常用标尺为A、B、C标尺

  计算公式 HR=K-

  K值 金刚石压头 100

  球形压头 130

布氏硬度

   压头材质:淬火钢球或硬质合金球

维氏硬度

   金刚石材质、正四棱锥体、面角为136°

   维氏硬度检测时对于硬度均匀的材料可以任意选择检测力,其硬度值不变

断裂韧性试验

   断裂韧性试验是一种评定含裂纹体材料的断裂性能的试验。强度概念认为:外力达到屈服强度时,材料产生塑性变形,外力达到抗拉强度Rm 时,材料产生断裂破坏,对于含裂纹体的材料,则产生低于屈服强度的脆性断裂。

   断裂韧性是一种以能量为基本参量的性能指标,它和材料内裂纹的状态和深浅度密切相关,它可为含裂纹体材料提供定量的性能指标。

断裂韧性测试意义

   裂纹(缺陷)是造成构件低应力脆断的原因,断裂力学即为研究物体强度和裂纹扩展规律的一门学科,即断裂韧性,是断裂力学认为一种能反映材料抵抗裂纹扩展的能力的性能指标。

样品制备

   断裂韧性样件种类较多,包括:三点弯曲试样(SENB)、紧凑拉伸试验(CT),C型拉伸试验、圆形紧凑拉伸试样,通常以前两种为主。

 冲击试验
  • 冲击测试意义:缺口试样冲击弯曲试验是测量冲击韧性来评定材料在冲击载荷下对缺口的敏感性。
  • 冲击韧性可以有条件的作为一个零件工作时的安全指标。
  • 可用于控制材料的冶金质量和铸造、锻造、焊接及热处理等热加工工艺的质量

可用来评定材料的冷脆倾向

冲击试验分类

  • 按缺口类型:可以分为V型和U型两种冲击试验,他们的冲击韧性值分别用Akv和Aku来表示
  • 按温度:可以分为常温、高温和低温冲击试验

扭转试验:金属扭转试验是测试金属在切应力作用下的力学性能的实验技术,对于承受剪切扭转的机械零件如车轴、钻杆、铆钉等具有重要的实际意义。

   当最大切应力大于材料的剪切强度时,材料呈切断,断面垂直于试样轴线;当最大正应力大于材料的抗拉强度时,材料呈正断,断面和试样轴线呈45°夹角

   扭转试验可以明确区分材料是正断还是切断的断裂方式

疲劳试验

疲劳破坏:是指材料在低于抗拉强度的交变应力作用下,经过一定循环后,所发生的断裂,即在断裂前没有明显的塑性变形。

  疲劳断裂的特点

  • 低应力循环延时断裂;
  • 脆性断裂(不管是塑性材料还是脆性材料);
  • 对缺陷(缺口、裂纹及组织缺陷)十分敏感;
  • 疲劳断裂也是裂纹萌生和扩展的过程。

疲劳极限:当零件所受的应力低于某一值时,即使循环周次无穷多也不会发生断裂,称此应力为疲劳极限或疲劳强度。

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