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金属材料拉伸试验

  • 2023-10-20
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拉伸试验是金属力学性能试验中最常见的试验,通过拉伸试验,可以测定材料弹性变形、塑性变形和断裂过程中最基本的力学性能指标,如正弹性模量E、屈服强度σ0.2、屈服点σs、抗拉强度σb、断后延长率δ及断面收缩率ψ等。拉伸试验中获得的力学性能指标是材料固有的基本属性和工程设计中的主要依据。

在拉伸实验中有以下几点需要注意的地方:

1、材料中因成分、组织、机构、缺陷加工变形等分布不均,使得同一批甚至同一产品不同部位出现差异,因此在切取样品时,应严格按照GB/T228附录中的规定执行。

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拉伸式样三维图

2、试验设备

试验设备直接影响结果数据的准确性和真实性,因此试验时必须要保证试验机在检定的有效期内。下图为WDW-50万能试验机,设备定期进行校验和送检。

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微机控制电子万能试验机

3、试验环境的影响

试验环境主要包括环境温度、夹持器具选择的影响等。

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球面支座夹头

4、试验方法的选择

试验方法主要包括夹持方法、拉伸速率、拉伸横截面积以及式样尺寸的测量方法,在选择测量式样的尺寸时,宜选用外径千分尺、游标卡尺或矩形样用游标卡尺。

 

此外,由于主观因素和操作技巧的不同,也会对测量结果带来误差。因此,检验人员应通过严格的培训并按照GB/T228标准的方法进行试验。

5、材料发生塑性变形

原理:对于大多数金属材料,在弹性变形区域,应力与应变成比例,当继续增加应力或应变时,在某一点上,应变将不再与施加的应力成比例。在这一点上,与邻接的初始原子间的键合开始破裂并用一组新的原子进行改造。当这种情况发生时,应力被卸除后材料将不再恢复到原来的状态,即变形是永久的和不可恢复的,这时材料进入塑性变形区。

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塑性变形示意图

 

典型的应力-应变测试装置、测试样品几何形状如下图所示。在拉伸试验期间,样品被缓慢拉动,同时记录长度和施加力的变化,记录力-位移曲线,利用样品原始长度、标距长度和截面积等信息可以绘制应力-应变曲线。

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应力-应变测试

 

对于多数金属材料应力-应变曲线看起来类似于下图所示曲线。当加载开始以后,应力从零开始增加,应变线性增加,直到材料发生屈服以后,曲线开始偏离线性。


继续增加应力,曲线达到最大值。最大值对应抗拉强度,这是曲线的最大应力值,由图中的M表示。断裂点是材料最终断裂的点,由图中的F表示。

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工程应力-应变曲线示意图

6、拉伸曲线

最常见的拉伸曲线有两种:其一,有明显屈服点的拉伸曲线;其二,无明显屈服点的拉伸曲线。屈服点代表金属对起始塑性变形的抗力。这是工程技术上最为重要的力学性能指标之一。

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典型拉伸曲线,带有形变硬化

 

对于可以发生拉伸塑性变形的材料,最常用的有两类曲线:工程应力-工程应变曲线和真应力-真应变曲线。它们的区别在于计算应力时采用的面积不同,前者用样品的初始面积,后者用拉伸过程中的实时横截面积。因此,在应力-应变曲线上,真应力一般比工程应力高。

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典型的拉伸曲线示意图

 



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多种真实金属材料的真应力真应变曲线