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1、材料力学性能及测试材料力学性能及测试刘彦菊刘彦菊2010年年6月月20日日第1页，共47页。拉伸、压缩、扭转实验是材料力拉伸、压缩、扭转实验是材料力学性能测试中最基本的实验。实验中学性能测试中最基本的实验。实验中的弹性变形、塑性变形、断裂等各阶的弹性变形、塑性变形、断裂等各阶段真实地反映了材料抵抗外力作用的段真实地反映了材料抵抗外力作用的全过程。它具有简单易行、试样便于全过程。它具有简单易行、试样便于制备等特点。通过这些实验可以得到制备等特点。通过这些实验可以得到描述材料基本力学性能的各项指标描述材料基本力学性能的各项指标。第2页，共47页。塑性材料和脆性材料力学性能比较塑性材料和脆性材料力学
2、性能比较:塑性材料塑性材料断裂前有很大塑性变形断裂前有很大塑性变形抗压能力与抗拉能力相近抗压能力与抗拉能力相近延伸率延伸率 5%5%可承受冲击载荷，适合于可承受冲击载荷，适合于锻压和冷加工锻压和冷加工脆性材料脆性材料断裂前变形很小断裂前变形很小抗压能力远大于抗拉能力抗压能力远大于抗拉能力延伸率延伸率 5%5%适合于做基础构件或外壳适合于做基础构件或外壳第3页，共47页。金属材料的室温拉伸金属材料的室温拉伸国标国标G/T228-2002第4页，共47页。要反映同试件几何尺寸无关的特性要反映同试件几何尺寸无关的特性要标准化要标准化 形状尺寸形状尺寸 试件的试件的 加工精度加工精度 试验条件试验条件
3、第5页，共47页。基基 本本 定定 义义1 1、标距（标距（gauge lengthgauge length）：）：测量伸长用的试样圆柱或棱柱部分的长度。测量伸长用的试样圆柱或棱柱部分的长度。原始标距原始标距(L0)(L0)：施力前的试样标距。：施力前的试样标距。断后标距断后标距(Lu)(Lu)：试样断裂后的标距：试样断裂后的标距2 2、平行长度平行长度(Lc)(Lc)（parallel lengthparallel length）试样两头部或两夹持部分试样两头部或两夹持部分(不带头试样不带头试样)之间平行之间平行 部分的长度部分的长度3 3、伸长（伸长（elongationelongatio
4、n）试验期间任一时刻原始标距试验期间任一时刻原始标距(L0)(L0)的增量。的增量。第6页，共47页。4 4、伸长率（伸长率（percentage elongationpercentage elongation）原始标距的伸长与原始标距原始标距的伸长与原始标距(L0)(L0)之比的百分之比的百分率。率。断后伸长率断后伸长率(A)(A)：断后标距的残余：断后标距的残余伸长伸长(Lu(Lu-L0-L0)与原始标距与原始标距(L0)(L0)之比的之比的百分率。百分率。断裂总伸长率断裂总伸长率(At)(At)：断裂时刻原始标：断裂时刻原始标距的总伸长距的总伸长(弹性伸长加塑性伸长弹性伸长加塑性伸长)与
5、原与原始标距始标距(L0)(L0)之比的百分率。之比的百分率。最大力伸长率：最大力时原始标距最大力伸长率：最大力时原始标距的伸长与原始标距的伸长与原始标距(L0)(L0)之比的百分之比的百分率。应区分最大力总伸长率率。应区分最大力总伸长率(Agt)(Agt)和和最大力非比例伸长率最大力非比例伸长率(Ag)(Ag)。第7页，共47页。5 5、引伸计标距、引伸计标距(L,)(L,)（extensometer gauge lengthextensometer gauge length）用引伸计测量试样延伸时所使用试样平行长度部分的长度。测定用引伸计测量试样延伸时所使用试样平行长度部分的长度。测定屈服
6、强度和规定强度性能时推荐人屈服强度和规定强度性能时推荐人)7o/20)7o/20测定屈服点延伸率和最测定屈服点延伸率和最大力时或在最大力之后的性能，推荐大力时或在最大力之后的性能，推荐L L，等于，等于LaLa或近似等于么，或近似等于么，6 6、延伸（、延伸（extensionextension）试验期间任一给定时刻引伸计标距试验期间任一给定时刻引伸计标距(L,)(L,)的增量。的增量。残余延伸率：试样施加并卸除应力后引伸计标距的延伸与引伸计标距残余延伸率：试样施加并卸除应力后引伸计标距的延伸与引伸计标距(L,)(L,)之比的之比的a a分率。分率。非比例延伸率：试验中任一给定时刻引伸计标距的
7、非比例延伸与引伸计标距非比例延伸率：试验中任一给定时刻引伸计标距的非比例延伸与引伸计标距(I,)(I,)之比的百分率之比的百分率总延伸率：试验中任一时刻引伸计标距的总延伸总延伸率：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弹性延伸加塑性延伸)与引伸与引伸计标距计标距(I,)(I,)之比的百分率。之比的百分率。屈服点延伸率屈服点延伸率(A,)(A,)：呈现明显屈服：呈现明显屈服(不连续屈服不连续屈服)现象的金属材料，屈服开现象的金属材料，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(L)(L)之比的百之比的百分率。分率。
8、7 7、断面收缩率、断面收缩率(Z)(Z)（percentage reduction of areapercentage reduction of area）断裂后试样横截面积的最大缩减量断裂后试样横截面积的最大缩减量(S(S-S.)-S.)与原始横截面积与原始横截面积(So)(So)之比之比的百分率的百分率第8页，共47页。8 8、最大力、最大力(Fm)(Fm)（maximum forcemaximum force）试样在屈服阶段之后所能抵抗的最大力。对于无明显屈试样在屈服阶段之后所能抵抗的最大力。对于无明显屈服服(连续屈服连续屈服)的金属材料，为试验期间的最的金属材料，为试验期间的最大力。
9、大力。9 9、应力（、应力（stressstress）试验期间任一时刻的力除以试样原始横截面积试验期间任一时刻的力除以试样原始横截面积(Se)(Se)之商。之商。抗拉强度抗拉强度(Rm)(Rm)：相应最大力：相应最大力(Fm)(Fm)的应力。的应力。屈服强度：当金属材料呈现屈服现象时，在试验期间达到屈服强度：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。下屈服强度。上屈服强度上屈服强度(R,H)(R,H)：试样发生屈服而力首次下降前的最高应力。：试样发生屈服而力首次下降前的最高应力。下屈服
10、强度下屈服强度(R,_)(R,_)：在屈服期间，不计初始瞬时效应时的最低应：在屈服期间，不计初始瞬时效应时的最低应力。力。第9页，共47页。第10页，共47页。规定非比例延伸强度规定非比例延伸强度(Rp):(Rp):非比例延伸率等于非比例延伸率等于规定的引伸计标距百分率规定的引伸计标距百分率时的应力。使用的符号应时的应力。使用的符号应附以下脚注说明所规定的附以下脚注说明所规定的百分率，例如百分率，例如R Rp0.2p0.2，表示，表示规定非比例延伸率为规定非比例延伸率为0.2%0.2%时的应力。时的应力。第11页，共47页。规定总延伸强度规定总延伸强度(Rt):(Rt):总延伸率等于总延伸率等
11、于规定的引伸计标距规定的引伸计标距百分率时的应力。百分率时的应力。使用的符号应附以使用的符号应附以下脚注说明所规定下脚注说明所规定的百分率，例如的百分率，例如Rt0.5Rt0.5，表示规定总，表示规定总延伸率为延伸率为0.5%0.5%时的时的应力。应力。第12页，共47页。规定残余延伸强度规定残余延伸强度(Rr):(Rr):卸除应力后残卸除应力后残余延伸率等于规定余延伸率等于规定的引伸计标距的引伸计标距(Le)(Le)百分率时对应的应百分率时对应的应力。使用的符号应力。使用的符号应附以下脚注说明所附以下脚注说明所规定的百分率。例规定的百分率。例如如Rr0.2Rr0.2，表示规定，表示规定残余延
12、伸率为残余延伸率为0.2%0.2%时的应力。时的应力。第13页，共47页。拉拉拉拉 伸伸伸伸 试试试试 样样样样1)1)圆形截面圆形截面2)2)矩形截面矩形截面l0=10d0l0=5d0l0tb或或第14页，共47页。第15页，共47页。原始标距原始标距(L0)(L0)的标记的标记应用小标记、细划线或细墨线标记原始标距，但不得用引应用小标记、细划线或细墨线标记原始标距，但不得用引起过早断裂的缺口作标记。起过早断裂的缺口作标记。对于比例试样，应将原始标距的计算值修约至最接近对于比例试样，应将原始标距的计算值修约至最接近5mm5mm的倍数，中间数值向较大一方修约。原始标距的标记应准的倍数，中间数值
13、向较大一方修约。原始标距的标记应准确到土确到土1%1%。如平行长度比原始标距长许多，例如不经机加工的试样，如平行长度比原始标距长许多，例如不经机加工的试样，可以标记一系列套叠的原始标距。有时，可以在试样表面可以标记一系列套叠的原始标距。有时，可以在试样表面划一条平行于试样纵轴的线，并在此线上标记原始标距。划一条平行于试样纵轴的线，并在此线上标记原始标距。第16页，共47页。第17页，共47页。试验速率试验速率上屈服强度：在弹性范围和直至上屈服强度，试验上屈服强度：在弹性范围和直至上屈服强度，试验机夹头的分离速率应尽可能保持恒定并在规定的应机夹头的分离速率应尽可能保持恒定并在规定的应力速率的范围
14、内。力速率的范围内。下屈服强度：若仅测定下屈服强度，在试样平行长度下屈服强度：若仅测定下屈服强度，在试样平行长度的屈服期间应变速率应在的屈服期间应变速率应在0.000 25/s-0.0025/s0.000 25/s-0.0025/s之之间。平行长度内的应变速率应尽可能保持恒定如不能间。平行长度内的应变速率应尽可能保持恒定如不能直接调节这一应变速率，应通过调节屈服即将开始前直接调节这一应变速率，应通过调节屈服即将开始前的应力速率来调整，在屈服完成之前不再调节试验机的应力速率来调整，在屈服完成之前不再调节试验机的控制。任何情况下，弹性范围内的应力速率不得超的控制。任何情况下，弹性范围内的应力速率不
15、得超过规定的最大速率。过规定的最大速率。测定抗拉强度测定抗拉强度RmRm的试验速率的试验速率塑性范围：平行长度的应变速率不应超过塑性范围：平行长度的应变速率不应超过0.008/s0.008/s弹性范围弹性范围:如试验不包括屈服强度或规定强度的测定，试验机的如试验不包括屈服强度或规定强度的测定，试验机的速率可以达到塑性范围内允许的最大速率。速率可以达到塑性范围内允许的最大速率。第18页，共47页。低碳钢拉伸力学性能低碳钢拉伸力学性能线弹性阶段线弹性阶段冷作硬化冷作硬化颈缩阶段颈缩阶段强化阶段强化阶段屈服阶段屈服阶段第19页，共47页。两个塑性指标两个塑性指标:伸长率伸长率:断面收缩率断面收缩率:
16、为塑性材料为塑性材料为脆性材料为脆性材料第20页，共47页。低碳钢拉伸试验现象低碳钢拉伸试验现象：屈服：屈服：颈缩：颈缩：断裂：断裂：t tmax引起引起第21页，共47页。屈服点延伸率屈服点延伸率(Ae)(Ae)的测定的测定试验时记录力试验时记录力-延伸曲线，延伸曲线，直至达到均匀加工硬化阶直至达到均匀加工硬化阶段。在曲线图上，经过屈段。在曲线图上，经过屈服阶段结束点划一条平行服阶段结束点划一条平行于曲线的弹性直线段的平于曲线的弹性直线段的平行线，此平行线在曲线图行线，此平行线在曲线图的延伸轴上的截距即为屈的延伸轴上的截距即为屈服点延伸，屈服点延伸除服点延伸，屈服点延伸除以引伸计标距得到屈服点以引伸计标距得到屈服点延伸率。延伸率。第22页，共47页。断面收缩率断面收缩率(Z)(Z)的测定的测定测量时，如需要，将试样断裂部分仔细地配接在一起，测量时，如需要，将试样断裂部分仔细地配接在一起，使其轴线处于同一直线上。使其轴线处于同一直线上。对于圆形横截面试样，在缩颈最小处相互垂直方向测对于圆形横截面试样，在缩颈最小处相互垂直方向测量直径，取其算术平均值计算最小横截面积量直径，取其算术平均值
