二级力学培训拉伸2009.ppt
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1、第三章 金属材料拉伸试验,2019/8/24,2,Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM,目录,第一节.拉伸过程中的物理现象及有关术语 第二节.金属拉伸试样 第三节.试验设备 第四节.强度和塑性指标的测定 第五节.弹性模量及泊松比的测定 第六节.应变硬化指数n值及平面塑性应变比r值的测定 第七节.高、低温拉伸试验 第八节.试验结果的处理及数值修约 第九节.影响拉伸试验结果的主要因素 第十节.拉伸的弹、塑性变形及断裂特征的应用,2019/8/24,3,Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM,拉伸试验目的和意义,最基本,最重要,应
2、用最广泛的力学性能试验 评定材料的弹性性能,强度性能,塑性性能 材料研制,生产,验收的主要测试项目 选材,失效分析,安全评估重要手段 拉伸试验指标与其他力学性能指标的经验关系 Rm=3.33HB -1=0.40.5Rm,2019/8/24,4,Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM,有关拉伸试验的现行标准,GB/T 228-2002 “金属材料 室温拉伸试验方法” MOD ISO 6892:1998 Metallic materials - Tensile testing at ambient temperature 代替 GB/T 228-1987 “金属拉
3、伸试验方法”, GB/T 3079-1982 “金属薄板(带)拉伸试验方法”, GB/T 6397-1986 “金属拉伸试验试样” ISO/FDIS 6892-1 Metallic materials - Tensile testing - Part 1: Method of test at room temperature GB/T 228.1- “金属材料 拉伸试验 第1部分:室温拉伸试验方法”已完成修订稿,2019/8/24,5,Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM,有关拉伸试验的现行标准,GB/T 2651-2008 “焊接接头拉伸试验方法” IDT
4、 ISO 4136:2001Destructive tests on welds in metallic materials - Transverse tensile test 代替GB/T26511989并整合GB/T26491989“焊接接头机械性能试验取样方法”有关内容,2019/8/24,6,Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM,有关拉伸试验的现行标准,GB/T 2652-2008 “焊缝及熔敷金属拉伸试验方法” IDT ISO5178:2001 Destructive tests on welds in metallic materials - L
5、ongitudinal tensile test on weld metal in fusion welded joints 代替GB/T 2652-1989并整合GB/T26491989“焊接接头机械性能试验取样方法”有关内容,2019/8/24,7,Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM,第一节.拉伸过程中的物理现象及有关术语,应力及应变 拉伸时的物理现象 术语,2019/8/24,8,Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM,应力,应力:材料受外加载荷作用时单位截面上的内力。 工程应力:用试样的原始横截面积计算的应力。 真
6、应力:轴向拉伸试验中,根据瞬时真实横截面积计算的轴向应力。,2019/8/24,9,Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM,应变,工程应变:瞬间长度与原始长度之差与原始长度之比 真应变:在轴向拉伸试验中瞬时标距与原始标距之比的自然对数,2019/8/24,10,Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM,应力 = P/F0 应变 = (l-l0)/l0,2019/8/24,11,Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM,应力应变曲线,弹性变形阶段 试样弹性变形,试样的伸长与外力成正比例线形关系,变形
7、完全可逆,2019/8/24,12,Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM,应力应变曲线,屈服阶段 塑性屈服变形不连续,试样表面出现划移带。突然塑性伸长率超过试验机横梁移动速率,因而时力下降,2019/8/24,13,Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM,应力应变曲线,均匀塑性变形阶段 随着变形量增加,产生变形强化,而使微小缩颈扩散,将变形推移到其他部位,不能形成局部化缩颈,变形和强化交替进行,产生了试样宏观上均匀的塑性变形,2019/8/24,14,Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM,
8、应力应变曲线,局部塑性变形阶段 拉伸达到最高时, 形变强化能力跟不上变形,试样最薄弱横截面中心处产生微小裂纹并很快扩散,导致其软化,使该截面不断缩小,应力也在此处生高,使变形集中缩颈处,而力很快下降,直至断裂为止,2019/8/24,15,Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM,术语,与标距有关的术语 与应力有关的术语 与伸长或延伸有关的术语 其他术语,2019/8/24,16,Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM,与标距有关的术语,试样长度Lt 平行长度Lc: 标距 原始标距L0 引伸计标距Le 断后标距Lu,2019/8
9、/24,17,Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM,与应力相关术语,屈服强度 上屈服强度ReH 下屈服强度ReL 规定延伸强度 规定非比例延伸强度Rp 规定总延伸强度Rt 规定残余延伸强度Rr 抗拉强度Rm,2019/8/24,18,Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM,应力,应变,ReH,Rm,ReL,不连续屈服,2019/8/24,19,Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM,应力,应变,0.5%,0.2%,Rp,Rm,连续屈服,2019/8/24,20,Prof. Wang Bin,
10、 Testing Center, SRIM,与伸长或延伸有关的术语,伸长率(只与试样原始标距L0有关) 断后伸长率A: 断裂总伸长率At: 最大力下的非比例伸长率Ag: 最大力下的总伸长率Agt:,2019/8/24,21,Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM,与伸长或延伸有关的术语,延伸 非比例延伸率p 残余延伸率r 总延伸率t 屈服点延伸率e,2019/8/24,22,Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM,其他术语,断面收缩率Z 原始横截面积S0 断后最小横截面积Su 弹性模量E :轴向拉伸应力与轴向拉伸应变成线性比例
11、关系阶段中,拉伸应力与拉伸应变之比。 泊松比 :轴向拉应力与轴向拉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。 应变硬化指数n :在单轴拉伸力作用下,真实应力与真实应变数学方程式中的真实应变指数。 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。,2019/8/24,23,Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM,第二节. 金属拉伸试样,拉伸试样的分类 试样的形状及尺寸 加工要求,2019/8/24,24,Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM,一.
12、 拉伸试样分类,按产品形状分类:,2019/8/24,25,Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM,按产品标准要求: 机加工试样、全尺寸试样。 按L0S0关系分类: 比例试样A、A11.3 非比例试样A50mm 、A80mm 、 A100mm 、 A200mm,2019/8/24,Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM,26,比例试样的由来,断后伸长=均匀伸长+缩颈处集中伸长 均匀伸长与原标距成正比 集中伸长与原横截面积的开方成正比 Barba公式: 对短比例试样k5.65 对长比例试样k11.3,2019/8/24,Prof
13、. Wang Bin, Testing Center, SRIM,27,圆形试样的特例,对圆形试样,S0 1/4d2 当k5.65时: 当k11.3时:,2019/8/24,Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM,28,试样的形状及尺寸圆截面试样,2019/8/24,Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM,29,试样的形状及尺寸薄板试样,2019/8/24,Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM,30,试样的形状及尺寸板材试样,2019/8/24,31,Prof. Wang Bin, Test
14、ing Center, SRIM,板材、棒材试样,2019/8/24,32,Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM,管材试样,全壁厚纵向弧形试样 管段试样 全壁厚横向试样 圆棒试样,2019/8/24,Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM,33,纵向弧形试样,配塞头的管段试样,夹持头部压扁的试样,2019/8/24,34,Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM,拉伸试样加工要求,防止冷变形或受热而影响其力学性能。通常以切削加工为宜,进刀深度要适当,并充分冷却。特别是最后一道切削或磨削的深度不
15、宜过大,以免影响性能。 对于矩形横截面试样,并防止损伤。试样上的毛刺要清除,尖锐棱边应倒圆,但半径不宜过大。试样允许较直,但应防止矫正力对力学性能产生显著影响。对于不测定断后伸长率的试样可不经矫正直接进行试验。 平行段应光滑,无加工硬化,不得有缺口、刀痕、毛刺等缺陷。矩形横截面试样一般要保留原表面层,并应修棱。 脆性材料夹持部分与平行段应有较大半径的圆弧过渡。 不经机加工铸件试样表面上的夹砂、夹渣、毛刺、飞边等必须加以清除。,2019/8/24,35,Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM,第三节 试验设备,拉力试验机 引伸计 高低温试验辅助装置,2019/8
16、/24,36,Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM,一. 拉力试验机,分类: 机械式、液压式、电子万能以及电液式 组成: 加载机构、夹样机构、记录机构、测力机构 要求: 达到1级或以上精度 有加载调速装置 有数据记录或显示装置 由计量部门定期进行检定,2019/8/24,37,Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM,试验机分级,2019/8/24,38,Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM,拉力试验机,液压式,电子式,2019/8/24,39,Prof. Wang Bin, Testing
17、 Center, SRIM,夹持装置,作用:使不同形状、尺寸和材质的试样能顺利进行试验 分类: 手工夹头,气动夹头,液压夹头 楔形夹头,螺纹夹头,台阶夹头,薄板夹头,线材夹头,2019/8/24,40,Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM,夹具,气动夹具,液压夹具,楔型夹具,平板夹具,2019/8/24,41,Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM,2019/8/24,42,Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM,全尺寸管段试样夹头,2019/8/24,43,Prof. Wang Bin,
18、Testing Center, SRIM,试验的同轴度,定义:最大弯曲应变与轴向应变的百分比 引起不同轴度因素: 试验机的不同轴 试样夹偏 试样不平直 同轴度对试验的影响: 影响弹性段的线形 影响屈服特性,使明显屈服变成不明显屈服,2019/8/24,44,Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM,二. 引伸计,定义:测定微小塑性变形的长度测量仪 组成:变形部分(与试样表面接触,感受试样的微量变形);传递和放大部分(将接受到的变形放大);指示部分(记录或显示变形量)。 分类:机械式、电感式、电容式、电阻式,光学式,2019/8/24,45,Prof. Wang
19、Bin, Testing Center, SRIM,引伸计分级,2019/8/24,46,Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM,引伸计选用,2019/8/24,47,Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM,引伸计,光学式,电阻式,2019/8/24,48,Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM,引伸计,引伸计应定期检定。 日常试验要经常标定,2019/8/24,49,Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM,高温控温装置,温度均匀带大于试样标距的2倍 温度偏差
20、满足以下要求:,2019/8/24,50,Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM,低温控温装置,温度偏差满足以下要求:,2019/8/24,51,Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM,高低温控温装置,环境箱,电炉,2019/8/24,52,Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM,高温测量装置,分辨力应不大于1,误差不超过2或0.004 (取大值) 热电偶应不低于2级 ; 温度测量系统检验: 在试验温度范围内检验; 周期不超过三个月; 自动标定的、或过去的连续检验证明符合的,周期可延长但不得超
21、过12个月。,2019/8/24,53,Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM,低温测量装置,分辨力应不大于1,误差10 -40不超过2 ,-40 -196不超过3 ; 选用热电偶对温度测量得准确性十分重要; 温度测量系统检验: 在试验温度范围内检验; 周期不超过三个月; 过去的连续检验证明符合的,周期可延长但不得超过12个月。,2019/8/24,54,Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM,热电偶类型,2019/8/24,55,Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM,第四节 强度和塑性指标
22、的测定,试样横截面积测量 试样原始标距的标记 试验速率 拉伸性能的测定,2019/8/24,56,Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM,1. 试样横截面积测量,量具的选择 测量部位和方法 横截面积计算,2019/8/24,57,Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM,量具的选择,量具应准确到被测尺寸的半个最小单位(表3) 应保证薄板测量相对误差2,其他 1% 测量具有光滑表面的圆形和扁平试样尺寸最好选用平面型测量头,测量从大直径管材上取下的曲面试样厚度时必须选用圆形或尖型测量头。 量具应定期检定/校准,2019/8/24,5
23、8,Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM,量具的分辨力,2019/8/24,59,Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM,测量部位和方法,圆形试样,矩形试样,圆管纵向弧形试样: 两端和中间三点六次测量: 圆管试样: 测量平均外径D和平均厚度a(4点) A=a(D-a) 称重法:长度、质量测量精度至少0.5%,密度至少取3位 采用公称尺寸:标准/协议许可,2019/8/24,60,Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM,横截面积计算,圆形试样: S01/4d2 矩形试样:S0ab 圆管试样:
24、S0 =a(D-a) 称重法: S0 =m/L 圆管纵向弧形试样: S0 = ab1+b2/6D(D-2a) b/D0.25 S0ab b/D0.17 面积至少取4位有效数字或小数点后两位(取精确者),2019/8/24,61,Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM,纵向弧形试样面积计算,2019/8/24,62,Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM,弧形试样面积计算误差,2019/8/24,63,Prof. Wang Bin, Testing Center, SRIM,影响试样面积测量准确度的因素,量具 分辨力 零点 砧面
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