金属材料扭矩控制疲劳试验
金属材料扭矩控制疲劳试验
1 范围
本标准规定了金属试样在给定扭矩、恒定幅值、名义上受弹性应力、不引起应力集中条件下的疲劳试验。试验通常在室温（10℃~35℃）大气条件下进行，沿试样的纵轴加载。
本标准适用于圆形截面试样及圆管截面试样的切取、制备和试验。不包括构件及其他特殊类型的试验。同样也不包括恒幅角位移控制的低周扭转疲劳试验，其失效周次通常只有几千次。
2 规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
ISO 554：1976 标准大气环境条件和试验的说明（Standard atmospheres for conditioning and/or testing - Specifications）
3 术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。
4
最大应力 maximum stress
τmax
在应力循环中剪切应力的最大代数值（见图1）。
5
最小应力 minimum stress
τmin
在应力循环中剪切应力的最小代数值（见图1）。
6
平均应力 mean stress
τm
剪切应力的静态分量（见图1）。
注：最大剪切应力与最小剪切应力代数和的一半，见公式（1）：
(1)
7
应力幅值stress amplitude
τa
剪切应力的动态分量（见图1）。
注：最大剪切应力与最小剪切应力代数差的一半，见公式（2）：
(2)
说明：
X轴—时间；
Y轴—应力；
1— 1个应力循环。
图1 疲劳应力循环
8
循环周次 number of cycles
N
试验任意阶段的循环次数。
9
应力比 stress ratio
R
在同一循环周次中最小剪切应力与最大剪切应力的代数比值。
注：可以表达为：
(3)
10
应力范围stress range
最大剪切应力与最小剪切应力之间范围。
注：可以表达为：
(4)
11
失效疲劳寿命 fatigue life at failure
N f
在特定条件下失效的应力循环周次。
12
循环周次为N的疲劳强度 fatigue strength at N cycles
τN
在固定应力比条件下试样寿命达到N周次对应的剪切应力幅值。
13
扭矩 torque
T
相对于试样轴线产生剪切应力或切向变形的切向力。
14 符号及说明
表1 符号及说明
15 试验原理
将名义尺寸相同的试样安装于扭转疲劳试验机上并施加循环扭应力。如图2所示的任意一种循环应力类型均可以使用。如无特殊要求，试验波形应为恒幅正弦波。对于轴对称试样，扭矩平均值的改变不会引入不同类型的应力系统，扭转的平均应力总是被标记为正值。当试样失效或试验周次超过指定应力循环周次时终止试验。扭转疲劳试验产生的裂纹可以平行于试样轴线、垂直于试样轴线或与试样轴线成任意夹角。疲劳试验结果可能受大气条件影响，对于条件控制的要求见ISO 554：1976的2.1。
16 试验方案
在开始试验之前，应对下列项目进行确认：
a）试样类型（见第7章）；
b）应力比；
c）试验目标，例如：
——在特定应力幅值下的疲劳寿命；
——在特定循环周次下的疲劳强度；
——S-N曲线（W?hler曲线）
d）试样数量及试验顺序；
e）试验终止前试样的循环周次。
注1：附录A提供了几种结果表达方式，详见GB/T 24176[1]，包括数据分析程序和统计表达。
注2：通常使用的试验终止循环周次是：
——对于结构钢为107次；
——对于其它金属材料为108次。
说明：
X轴—时间；
Y轴—应力；
1—压应力；
2—交变应力；
3—拉应力。
图2 循环应力的类型
17 试样形状和尺寸
18 类型
通常可以采用包含机械加工试验区域的试样（如图3和图4所示类型之一）。
试样可以是：
——圆形截面试样，试样试验区域到端部为圆滑过渡（见图3）；
——圆管截面试样，试样试验区域到端部外表面为圆滑过渡（见图4）。
对于圆管试样试样端部的内径应大于或等于试样工作区域的内径。对于试样端部的内径大于试样工作区域的内径的试样，裂纹萌生或失效在试验工作区域以外导致试验无效的，宜作为试验在当前完成循环周次下的不连续（中断）试验。
由圆管截面试样得到的疲劳试验结果不总是能与圆形截面试样得到的试验结果进行比较。因此，当对同种材料不同截面下疲劳寿命进行比较时应特别注意。
典型的试样端部类型见图5。建议选择满足对中要求的试样端部类型。
图3 圆形截面试样
图4 圆管截面试样
图5 试样典型夹持端
19 尺寸规格
20 圆形截面试样
建议的几何尺寸如表2所示（见图3）。
表2 圆形截面试样的尺寸
为了计算施加的扭矩，每件试样的实际直径都应被测量，测量准确度为0.01mm。当对试样进行测量时应注意不要划伤试样表面。
试样的形位公差应满足如下要求（这些值用于表达试样轴线或参考面的关系）：
——平行度：不大于0.005d
——同心度：不大于0.005d
21 圆管截面试样
通常对于圆形截面试样的考虑也同样适用于圆管截面试样。
试样的壁厚应足够大以避免在循环加载过程中由于超过最小壁厚边界而产生失稳。试样的几何尺寸如表3所示（见图4）。
表3 圆管截面试样的尺寸
22 试样制备
23 一般要求
对于任何以得到材料固有性能为目的的疲劳试验项目，按照下述建议进行试样的制备是非常重要的。如果试验的目的是确定特殊因素的影响（例如表面热处理、氧化等）则允许对下述建议有偏离。在任何情况下，偏离应在试验报告中注明。除非与客户另有协议，试样宜取自材料的无应力部分。
24 机械加工步骤
对试样的机械加工可能会在试样表面引入残余应力从而影响试验结果。这些应力可能由加工阶段的
热梯度而引入，并导致材料的变形或显微组织的变化。然而，在精加工阶段特别是在最终抛光阶段通过采取适当的精加工程序可以降低残余应力的产生。对于硬质金属，磨削加工比工具加工（车或铣）更合适。
——磨削：从试样的最终直径前的0.1mm开始，加工量不超过0.005mm/次。
——抛光：使用逐次变细的的砂布或砂纸去掉最后的0.025mm。建议最终抛光的方向沿着试样轴向。
——打磨：对于圆管截面试样圆孔宜进行打磨。
如果不注意上述步骤，可能由加工过程中的温度升高或应变硬化造成材料显微结构（相变或表面再结晶）及力学性能的变化，导致试验无效。
试样制备过程中对于某些材料由于某种元素或化合物的污染其力学性能会变差，例如氯对钢和钛合金的影响。因此，宜避免使用这些污染物（例如切削液）。在试样储存时的清洁和除油也应注意。
25 取样和标记
从半成品或部件上进行取样对试验结果有重要影响。因此，有必要对每一个试样的取样方向和位置进行明确标识。
附在试验报告上的取样图应明确指出：
——每个试样的位置；
——半成品加工的特征方向（例如轧制方向，挤压方向等）；
——每个试样的标记。
试样在制备过程中应有唯一性标识。标识可以采用任何可靠的方式标记在试样上不会被加工掉或对试验质量产生影响的区域。试验前标识应分别标记在试样两端。
26 试样的表面状态
试样的表面条件可能影响试验结果。通常这与以下几条因素有关：
——试样表面粗糙度；
——存在的残余应力；
——材料显微组织的改变；
——污染物的引入。
为了减小上述因素的影响，应遵循以下建议：
——表面粗糙度对试验结果的影响很大程度上取决于试验条件。试样表面腐蚀或非弹性变形可以减弱其影响。
——试样平行工作部分的表面粗糙度R a应不大于0.2μm。
——试样局部的加工刮伤。最终工序宜消除所有在车削过程中产生的环向刮伤，在精磨工序后应进行机械抛光。在低倍放大镜（约20倍）下的检查宜只能看到由最终抛光剂级别产生的抛光痕迹。应在热处理后进行抛光操作。如果不能实现，那么热处理宜在真空或惰性气体保护条件下进行以避免试样表面氧化。热处理宜避免改变研究材料的显微结构特性。试验报告应详细描述热处理和机械加工程序。
27 尺寸检查
宜在最终机械加工完成后对试样尺寸进行测量，且测量方法应保证不改变试样的表面状态。
28 储存和运输
制备完成后，试样宜妥善保存避免损伤（接触刮伤、氧化等）。如果在试样存储过程中发现试样表面有任何损伤宜进行二次抛光去除。建议采用配有封头的独立小盒或软管，在某些情况下，应在真空瓶或干燥器中储存。宜尽量减少运输的次数。特别要注意试样的标记。试验前应在试样的两端进行标识。
29 设备
30 试验机
31 一般要求
试验应在具有顺时针/逆时针加载扭矩能力的试验机上进行，加载应平稳启动并且在通过零点时没
有反冲。试验初始加载到指定水平不应有过冲。达到指定水平的响应时间应尽可能的短。试验机应具有足够的侧向、扭转刚度和同轴度。当进行给定的波形循环测试时完整的试验加载系统（包括扭矩传感器、夹具和试样）应能控制和测量扭矩。试样在轴向方向上应不受约束以避免附加载荷的引入。试验机的扭矩测量系统应在静态下采用合适的方法进行校准并溯源到国家标准。了解在扭矩传感器和试样之间由于惯性质量而引入的动态误差的潜在影响是非常重要的。惯性扭矩误差可以表示为扭矩范围的百分数。它随试验频率的变化而变化且受试样的柔度影响很大（参见ISO 4965[2]此标准适用于轴向疲劳试验，其给出的原理也适用于扭转疲劳试验）。
试验机应配有准确度为1%的计数装置，并能在试样失效时自动停机。
32 扭矩传感器
扭矩传感器应为疲劳级别的。指示的扭矩输出至计算机自动记录系统或在特殊限制条件下输出至非自动的记录设备上。扭矩传感器的能力应足够覆盖试验中测量的扭矩范围，准确度优于1%。扭矩传感器宜具有温度补偿，且每摄氏度的零点漂移不超过满量程的0.002%。每摄氏度的灵敏度变化不超过满量程的0.002%。
33 试样夹具
夹具应能传递循环扭矩至试样且在试验过程中其环向上不产生反冲。夹具的几何尺寸精度应满足9.1.4规定的同轴度要求。
夹具应能进行反复装卸且具有定位面用于保证试样的同轴度。在试验过程中其还应保证在没有反冲的情况下施加反向扭矩。
34 对中检查
疲劳试验应保证应力的均匀分布。对于轴向疲劳试验机和扭转疲劳试验机均采用同一对中检查方法对试验机的轴向对中进行测量。
此外，对于疲劳试样工作区域的应力分布应进行记录。加载应力的一致性受试验机和试样两方面控制。加载应力一致性应在系列试验开始前或加载链发生改变后进行检查。
注1：附录B简单描述了对中检查方法。
注2：附录C描述了在扭转试验中测量和记录加载应力一致性的程序。
35 轴向载荷
扭转试验，轴向载荷应为零。
36 试验检测仪表
37 记录系统
数据记录设备应能够以满量程1%的准确度记录扭矩传感器与时间的数据。
计算机数据采集系统的采集速率应足够快；非计算机数据采集系统应具有高速记录或储存装置，两种采集系统均需能够对每个试验循环进行慢速回放以确认其峰谷值扭矩。
38 循环计数器
循环计数器应能够记录加载的循环次数，当试样失效时它应能自动停止计数。
39 检查和校准
宜每年或更高频次（如有要求）对试验机及其控制、测量系统的正常运行进行检查。检定周期间隔不超过13个月，除非试验机正在进行长时试验且试验周期超过13个月，对于这种情况应在试验结束后对试验机进行检定。此外，每一个传感器及其附属电子元件应作为一个整体进行检查。扭矩测量系统应溯源到国家标准。
40 试验程序
41 试样的安装
仔细确认每一个试样固定到位（上、下、左、右）确保试样轴线延着试验机的扭矩轴且施加了给定应力。在试样安装过程中应仔细确认试样上未受到（或只受到最小）轴向应力。
42 试验频率
扭矩循环的频率取决于采用试验机的类型和试验程序的要求。试验频率的选取应适用于特定的材料、试样和试验机的组合。
当试验频率过高时可能会发生试样自热从而影响疲劳试验寿命和强度结果。对于这种情况，建议记录温度的升高并在报告中注明。如果试验程序允许，试样温升过高时宜降低试验频率。
注：如果条件的影响是显著的，那么试验结果可能是与试验频率强相关的。
43 扭矩的施加
对于每个试样的加载，加载程序应该相同。平均扭矩和扭矩范围的控制准确度应在扭矩范围的±1%以内。
44 名义扭转应力的计算
扭转（剪切）应力τ由施加于圆形或圆管截面的试样上的扭矩T计算得到。扭转应力总是在试样工作区域的外径上最大。在弹性加载条件下，名义扭转应力从扭转轴处为零到在外径处最大且为线性关系。建议采用公式（5）和公式（6）计算扭转应力τ。
在圆形截面试样的外径处： (5)
在圆管截面试样的外径处： (6)
45 温度、湿度的记录
在试验过程中环境温度和湿度的最大值和最小值应进行记录。
如果试样产生自热，应监测并记录试样的温度。
46 失效和终止条件
47 失效
如无特殊协议，试样的失效准则是指试样彻底分离。
在特殊情况下，其它准则（例如出现可见疲劳裂纹、试样发生塑性变形或裂纹扩展的速率）也适用。
48 终止试验
当试样失效或达到客户指定的循环周次时可终止试验。
49 试验报告
50 通用信息
对于系列试验的试验报告应包括以下信息：
——本标准编号
——试验材料，材料牌号，力学性能，试样的热处理制度；
——在试验材料上的取样位置；
——试样类型和公称直径；
——试样的表面状态。
51 试样信息
对于每个独立的试样，试验报告应包括如下信息：
a）横截面尺寸；
b）施加的最小和最大峰值扭矩；
c）应力加载条件
d）频率和疲劳寿命；
e）采用的试验机的描述，型号和序列号，扭矩传感器序列号，夹具编号；
f）如果发生自热（超过35℃）试样的温度；
g）最大和最小环境温度和相对湿度；
h）试验终止条件和寿命（例如107次），或试样完全失效或者其它条件；
i）对要求试验条件的其它偏离或其它。
附录A
（资料性附录）
试验结果
A.1 一般要求
研究设计和试验结果的应用决定了如何选择最适合的试验结果表达方式。这些表达方式可以是图表或其它可用的方式。疲劳试验的结果通常表示为图表。在疲劳数据报告中，试验条件宜清晰注明。
A.2 W?hler曲线或S-N曲线
对于试验结果的图表表达通常以失效循环周次为横坐标以应力幅值或其它应力（取决于应力循环类型）为纵坐标画图。在图上近似的延试验数据的中线画一条光滑曲线称为W?hler曲线或S-N曲线。循环周次通常采用对数坐标，试验人员可以选择应力采用线性坐标或对数坐标。对于每一组不同的应力比R 可以独立做出曲线。试验结果通常绘制于同一张图上。应力采用线性坐标的示例如图A.1所示。
A.3 平均应力图
采自W?hler曲线或S-N曲线的疲劳强度绘制于疲劳强度图中。试验结果可以用图表形式直接表达。对于特定的寿命，应力幅值与平均应力的曲线图（Haigh图）如图A.2所示，最大应力、最小应力与平均应力的曲线图（Smith图）如图A.3所示。试验结果可以绘制于同一张图中。
说明：
X—失效循环周次，单位为次（N）
Y—应力幅值，τa，单位为牛每平方毫米（N/mm2）
图A.1 W?hler曲线或S-N曲线（R=-1，室温）
说明：
X—平均应力，τm，单位为牛每平方毫米（N/mm2）；
Y—应力幅值，τa，单位为牛每平方毫米（N/mm2）；
1—剪切应力；
2—0.2%偏置应力。
图A.2 应力幅值—平均应力曲线图（ Haigh图）
说明：
X—平均应力，τm，单位为牛每平方毫米（N/mm2）；
Y—最大应力和最小应力，τmax和τmin，单位为牛每平方毫米（N/mm2）；
1—剪切应力；
2—0.2%偏置应力。
图A.3 最大应力和最小应力—平均应力曲线图（ Smith图）
附录B
（资料性附录）
扭转疲劳试验机的同轴度校验
B.1 应采用标准轴向同轴度试样或圆棒同轴度设备进行同轴度检查。圆棒同轴度设备参见图B.1。轴向同轴度试样参见图B.2，此试样宜与试验用试样具有相似的几何尺寸。建议同轴度试样采用热处理硬化钢。
B.2 圆棒同轴度装置作为非应变片装置对于试验系统的同轴度检查具有质量高、相对快速的优点。如图B.2所示的设备由分开的圆棒和套管组成，并精确公差控制。建议套管和圆棒采用相同的材料制造。
B.3 为了检查由角偏差、侧向偏差或加载链偏差引起的不对中，轴向应变测量的同轴度试样应具备固定于图B.2所示位置的电阻应变片。将应变片试样的上端或下端（不是两端同时）固定于夹持设备上，环境温度应能够使桥式放大电器进行平衡和参考零点的调整。此时将同轴度试样的上下两端夹紧。
B.4 试样宜施加不超过最大拉应变0.4%的扭转应变或者试样试验时施加的最大扭应变（当这一取值不超过拉应变的0.4%时）。根据参考文献[2]的描述计算最大弯曲应变，弯曲应变由试验机分量和试样分量组成。如果最大弯曲应变的试验机分量在2个仪器平面中的1个或2个中超过50微应变，宜调整试验机架作动器、夹具或载荷传感器，并重新测量直至达到50微应变。
建议按照参考文献[3]的程序进行同轴度试样的制备和同轴度检查。
当于试样上施加系列扭转载荷或扭转应变应特别小心，因为轴向应变片不能监测试样上的扭转应变或扭转变形。因此，建议施加的扭转载荷由同种材料、同样尺寸的试样预先测定。
B.5 宜施加反向扭矩并重复程序以确保同轴度满足要求（例如<5.0%）。
B.6 如果检查结果不满意，则：
——应重复相同的步骤若干次以确定测量的复现性；
——证实测试结果是由于试验设备的问题引起的而不是试样问题；
——应检查加载链各个单元（夹具、传感器、机架）的几何同轴度。
说明：
1—分离圆棒
2—套管
图B.1同轴度圆棒示例
图B.2 应变片试样
附录C
（资料性附录）
扭应变（应力）的测量一致性
C.1 在正式疲劳试验开始之前，确保每个疲劳试样工作区域应力分布的均匀性对于疲劳试验来说是非常重要的。疲劳寿命通常由试样上的最大应力和最大缺陷的联合作用决定。失效位置经常既不在最大应力处也不在最大缺陷处，但是实际的失效位置是由应力和缺陷尺寸的组合决定的。通过测量试样的均匀应力分布，所有缺陷上均作用相同的应力，这样失效将发生在临界缺陷处。当应力均匀时，随着试样工作区域的增大疲劳的分散性将会降低。
施加应力的均匀性由试验机和试样两方面决定。为了测量施加的扭应力的均匀性应在与试样主轴（即施加主应力方向）成45°夹角的方向上安装应变片。
C.2 从一组实际测试试样中选择一件来进行测量是比较好的方案，因为这样可以一次将施加应力均匀性的试验机分量和试样分量都测出来。对于扭转试验，建议采用与试样轴线成45°的应变片或4个应变片组成的呈45°角的阵列（见图C.1 a））。对于纯扭转试样的主应力其方向与试样轴线呈45°角。因此，单个与试样轴线呈45°角的应变片或应变花阵列可以测量主应力。应变片应等间距在试样横截面上延环向间隔90°。应变花阵列的轴向与试样纵轴的夹角宜不超过±2°。
对于1层4个应变片阵列不能安放在同一横截面上应按照图C.1 b)所示分2层2个应变片阵列安装。
建议所有应变片阵列互相匹配且工作长度约为0.1L c或更小。
C.3 将应变片阵列试样的上端或下端（不是两端同时）固定于夹持设备上，环境温度应能够使桥式放大电器进行平衡和参考零点的调整。此时将同轴度试样的上下两端夹紧。
应变测量设备和数据采集系统宜具有1微应变的分辨率，准确度不超过监测读数的±0.5%或±3微应变，取其大者。
C.4 试样宜施加试验时施加的最大扭应变（当这一取值不超过应变的0.4%时）。如果采用应变片阵列，那么通过对应变片阵列数据的分析可以得到一组名义应变[名义应变包括轴向、环向何剪切（45°）方向]。在反向扭矩条件下重复之前的步骤应报出4个测量点的3向（0°、45°和90°）应变分量。如果只采用了45°应变片，那么报出45°的名义应变测量值。
C.5 当完成C.4的内容后，从试验机上将应变片试样取下并将其旋转180°，并安装于试验机上重复C. 4的内容。当完成2套扭矩施加后，应变片数据应分别用参考文献[2]的公式进行计算得到非均匀应力状态的试验机分量和试样分量。如果采用应变片阵列，那么这些公式应分别应用于3向应变片用于分离试验机分量和试样分量。进行分离后，采用应变片阵列数据的标准分析方法可以测定施加应力均匀性在试验机分量和试样分量上的方向和重要性。
C.6 理想地，如果每件试样都进行了应变片测量，那么通过C.5得到结果可以使试验中试样在试验机上某一位置扭转产生的应力分布均匀性达到最佳。但是这将会产生很大的开销进而导致无法实施。然而，从一个典型试样上获取的信息对于试样加工质量及得到采用完美试样情况下的应力分布均匀性（只考虑试验机分量的非均匀性应力状态）是非常重要的。如果试样分量对非均匀性应力状态的贡献很大，则应更注意试样加工。如果试验机分量对非均匀性应力状态的贡献很大且轴向对中是相对较好的，那么说明扭转作动器没有与设备其它部件很好的对中。
C.7 关键是获得对于各种可能试样的试验区域的最好应力分布均匀性。
a)1层4个应变片列阵 b) 2层2个应变片列阵
εθθ=εa
εzz=εc
γθz=2εb-εa-εc
0° -45° -90°应变片列阵
图C.1应变片试样
金属拉伸实验报告
金属拉伸实验报告 【实验目的】 1、测定低碳钢的屈服强度R Eh 、R eL及R e 、抗拉强度R m、断后伸长率A和断面收缩率Z。 2、测定铸铁的抗拉强度R m和断后伸长率A。 3、观察并分析两种材料在拉伸过程中的各种现象（包括屈服、强化、冷作硬化和颈缩等现象），并绘制拉伸图。 4、比较低碳钢（塑性材料）与铸铁（脆性材料）拉伸机械性能的特点。 【实验设备和器材】 1、电子万能试验机WD-200B型 2、游标卡尺 3、电子引伸计 【实验原理概述】 为了便于比较实验结果，按国家标准 GB228—76中的有关规定,实验材料要按上述标准做成比例试件,即： 圆形截面试件： L 0 =10d (长试件)
式中: L 0 --试件的初始计算长度(即试件的标距); --试件的初始截面面积; d 0 --试件在标距内的初始直径 实验室里使用的金属拉伸试件通常制成标准圆形截面试件,如图1所示 图1拉伸试件 将试样安装在试验机的夹头中，然后开动试验机，使试样受到缓慢增加的拉力（应根据材料性能和试验目的确定拉伸速度），直到拉断为止，并利用试验机的自动绘图装置绘出材料的拉伸图（图2－2所示）。应当指出，试验机自动绘 图装置绘出的拉伸变形ΔL 主要是整个试样（不只是标距部分）的伸长，还包括机器的弹性变形和试样在夹头中的滑动等因素。由于试样开始受力时，头部在夹头内的滑动较大，故绘出的拉伸图最初一段是曲线。 1、低碳钢（典型的塑性材料） （a ）低碳钢拉伸曲线图 （b ）铸铁拉伸曲线图
当拉力较小时，试样伸长量与力成正比增加，保持直线关系，拉力超过F P 后拉伸曲线将由直变曲。保持直线关系的最大拉力就是材料比例极限的力值F P。 在F P的上方附近有一点是F c，若拉力小于F c而卸载时，卸载后试样立刻恢复原状，若拉力大于F c后再卸载，则试件只能部分恢复，保留的残余变形即为塑性变形，因而F c是代表材料弹性极限的力值。 当拉力增加到一定程度时，试验机的示力指针（主动针）开始摆动或停止不动，拉伸图上出现锯齿状或平台，这说明此时试样所受的拉力几乎不变但变形却在继续，这种现象称为材料的屈服。低碳钢的屈服阶段常呈锯齿状，其上屈服点B′受变形速度及试样形式等因素的影响较大，而下屈服点B则比较稳定（因此工程上常以其下屈服点B所对应的力值F eL作为 材料屈服时的力值）。确定屈服力值时，必须注 意观察读数表盘上测力指针的转动情况，读取测 力度盘指针首次回转前指示的最大力F eH（上屈 服荷载）和不计初瞬时效应时屈服阶段中的最小 力F eL（下屈服荷载）或首次停止转动指示的恒 定力F eL（下屈服荷载），将其分别除以试样的原 图2－3 低碳钢的冷作硬化 始横截面积（S0）便可得到上屈服强度R eH和下屈服强度R eL。即 R = F e H/S0 R e L= F e L/S0 e H 屈服阶段过后，虽然变形仍继续增大，但力值也随之增加，拉伸曲线又继续上升，这说明材料又恢复了抵抗变形的能力，这种现象称为材料的强化。在强化阶段内，试样的变形主要是塑性变形，比弹性阶段内试样的变形大得多，在达到最大力F m之前，试样标距范围内的变形是均匀的，拉伸曲线是一段平缓上升的曲线，这时可明显地看到整个试样的横向尺寸在缩小。此最大力F m为材料的抗拉强度力值，由公式R m=F m/S0即可得到材料的抗拉强度R m。 如果在材料的强化阶段内卸载后再加载，直到试样拉断，则所得到的曲线如图2－3所示。卸载时曲线并不沿原拉伸曲线卸回，而是沿近乎平行于弹性阶
疲劳试验标准大全
疲劳试验列表 ISO 12108 金属材料疲劳试验疲劳裂纹扩展方法… ISO 12107 金属材料疲劳试验统计方案和数据分析方法… ISO 1352 钢扭应力疲劳试验方法… ISO 1143 金属旋转弯曲疲劳试验方法… GB/T6398 金属材料疲劳裂纹扩展速率试验方法… ASTM E2207-02 薄壁管应变控制轴向扭转疲劳试验方法… ASTM E1949-03 粘贴金属电阻应变片室温疲劳寿命试验方法… ASTM E796-94 金属箔延性试验方法… ASTM E739-91 线性或线性化应力-寿命（S-N）和应变-寿命（e-N）… ASTM E647-05 疲劳裂纹扩展速率试验方法… ASTM E606-04 应变控制疲劳试验方法… ASTM E468-90 金属材料恒幅疲劳试验结果表示方法… ASTM E466-96 金属材料力控制恒幅轴向疲劳试验方法… ISO 12106 金属材料–疲劳试验–轴向应变控制方法… ISO 1099 金属材料–疲劳试验–轴向力控制方法… GB/T3075 金属轴向疲劳试验方法… GB/T4337 金属旋转弯曲疲劳试验方法… GB/T7733 金属旋转弯曲腐蚀疲劳试验方法… GB/T12443 金属扭应力疲劳试验方法… GB/T2107 金属高温旋转弯曲疲劳试验方法… 疲劳试验列表 GB/T15248 金属材料轴向等幅低循环疲劳试验方法… GB/T10622 金属材料滚动接触疲劳试验方法… ISO 12108 金属材料疲劳试验疲劳裂纹扩展方法 标准英文名称 Metallic materials – Fatigue testing – Fatigue crack growth method 标准编号 ISO 12108 实施年份 2002 标准中文名称 金属材料疲劳试验疲劳裂纹扩展方法 适用范围 适用于金属材料疲劳裂纹扩展速率和疲劳裂纹扩展门槛值的测定。应用于材料检验，失效分析，质量控制，选材及新金属材料研发等方面。
材料的拉伸试验实验报告
材料的拉伸试验 实验内容及目的 （1）测定低碳钢材料在常温、静载条件下的屈服强度s σ、抗拉强度b σ、伸长率δ和断面收缩率ψ。 （2）掌握万能材料试验机的工作原理和使用方法。 实验材料及设备 低碳钢、游标卡尺、万能试验机。 试样的制备 按照国家标准GB6397—86《金属拉伸试验试样》，金属拉伸试样的形状随着产品的品种、规格以及试验目的的不同而分为圆形截面试样、矩形截面试样、异形截面试样和不经机加工的全截面形状试样四种。其中最常用的是圆形截面试样和矩形截面试样。 如图1所示，圆形截面试样和矩形截面试样均由平行、过渡和夹持三部分组成。平行部分的试验段长度l 称为试样的标距，按试样的标距l 与横截面面积A 之间的关系，分为比例试样和定标距试样。圆形截面比例试样通常取d l 10=或 d l 5=，矩形截面比例试样通常取A l 3.11=或A l 65.5=，其中，前者称为长比例 试样（简称长试样），后者称为短比例试样（简称短试样）。定标距试样的l 与A 之间无上述比例关系。过渡部分以圆弧与平行部分光滑地连接，以保证试样断裂时的断口在平行部分。夹持部分稍大，其形状和尺寸根据试样大小、材料特性、试验目的以及万能试验机的夹具结构进行设计。 对试样的形状、尺寸和加工的技术要求参见国家标准GB6397—86。
（a ） （b ） 图1 拉伸试样 （a ）圆形截面试样；（b ）矩形截面试样 实验原理 进行拉伸试验时，外力必须通过试样轴线，以确保材料处于单向应力状态。低碳钢具有良好的塑性，低碳钢断裂前明显地分成四个阶段： 弹性阶段：试件的变形是弹性的。在这个范围内卸载，试样仍恢复原来的尺寸，没有任何残余变形。 屈服（流动)阶段：应力应变曲线上出现明显的屈服点。这表明材料暂时丧失抵抗继续变形的能力。这时，应力基本上不变化，而变形快速增长。通常把下屈服点作为材料屈服极限（又称屈服强度），即A F s s = σ，是材料开始进入塑性的标志。结构、零件的应力一旦超过屈服极限，材料就会屈服，零件就会因为过量变形而失效。因此强度设计时常以屈服极限作为确定许可应力的基础。 强化阶段：屈服阶段结束后，应力应变曲线又开始上升，材料恢复了对继续变形的抵抗能力，载荷就必须不断增长。D 点是应力应变曲线的最高点，定义为材料的强度极限又称作材料的抗拉强度，即A F b b = σ。对低碳钢来说抗拉强度是材料均匀塑性变形的最大抗力，是材料进入颈缩阶段的标志。 颈缩阶段：应力达到强度极限后，塑性变形开始在局部进行。局部截面急剧收缩，承载面积迅速减少，试样承受的载荷很快下降，直到断裂。断裂时，试样的弹性变形消失，塑性变形则遗留在破断的试样上。 材料的塑性通常用试样断裂后的残余变形来衡量，单拉时的塑性指标用断后伸长率δ和断面收缩率ψ来表示。即 %1001?-= l l l δ
金属材料的力学性能测试题.doc
一、填空题（60 分） 1. 金属材料的性能的性能包括和。 2. 力学性能包括、、、、。 3. 圆柱形拉伸试样分为和两种。 4. 低碳钢拉伸试样从开始到断裂要经过、 、、四个阶段。 5. 金属材料的强度指标主要有和。 6. 金属材料的塑性指标主要有和。 7. 硬度测定方法有、、。 8. 夏比摆锤冲击试样有和两种。 9. 载荷的形式一般有载荷、载荷和载荷三种。 10. 钢铁材料的循环基数为，非铁金属循环基数为。 11. 提高金属疲劳强度的方法有和 。 表示用“ C”标尺测定的1000/30 表示用压头直径为 kgf 试验力作用下，保持为。硬度值为。 的硬质合金球，在s时测得的布氏硬度值 14. 金属材料的工艺性能包括、、 、、。
二、判断题（25 分） 1.金属的工艺性能是指金属在各种加工中所表现出的性能。（） 2.金属的力学性能是指在力作用下所显示的与弹性和非弹性反 应相关或涉及应力 - 应变关系的性能。（） 3.拉伸试验时，试样的伸长量与拉伸力总成正比。（） 4. 屈服现象是指拉伸过程中拉伸力达到Fs 时，拉伸力不增加， 变形量却继续增加的现象。（） 5. 拉伸试样上标距的伸长量与原始标距长度的百分比，称为断后伸长率，用符号 A 表示。（） 6.现有标准圆形截面长试样 A 和短试样 B，经拉伸试验测得δ 10、δ5 均为 25%，表明试样 A 的塑性比试样 B 好。 ( ) 7.常用的硬度试验方法有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。（） 8.做布氏硬度试验，当试验条件相同时，压痕直径越小，则材料 的硬度越低。（） 9.洛氏硬度值是根据压头压入被测材料的的深度来确定的。（） 10.洛氏硬度 HRC测量方便，能直接从刻度盘上读数，生产中常 用于测量退火钢、铸铁和有色金属件。（） 11.一般来说，硬度高的金属材料耐磨性也好。（） 12.韧性是指金属在断裂前吸收变形能量的能力。（） 13.金属的使用性能包括力学性能、物理性能和铸造性能。( ) 14.拉伸试验中拉伸力和伸长量的关系曲线称为力一伸长曲线，
金属疲劳应力腐蚀试验及宏观断口分析
金属疲劳、应力腐蚀试验及宏观断口分析 在足够大的交变应力作用下，由于金属构件外形突变或表面刻痕或内部缺陷等部位，都可能因较大的应力集中引发微观裂纹。分散的微观裂纹经过集结沟通将形成宏观裂纹。已形成的宏观裂纹逐渐缓慢地扩展，构件横截面逐步削弱，当达到一定限度时，构件会突然断裂。金属因交变应力引起的上述失效现象，称为金属的疲劳。静载下塑性性能很好的材料，当承受交变应力时，往往在应力低于屈服极限没有明显塑性变形的情况下，突然断裂。疲劳断口（见图1-1）明显地分为三个区域：裂纹源区、较为光滑的裂纹扩展区和较为粗糙的断裂区。裂纹形成后，交变应力使裂纹的两侧时而张开时而闭合，相互挤压反复研磨，光滑区就是这样形成的。载荷的间断和大小的变化，在光滑区留下多条裂纹前沿线。至于粗糙的断裂区，则是最后突然断裂形成的。统计数据表明，机械零件的失效，约有70%左右是疲劳引起的，而且造成的事故大多数是灾难性的。因此，通过实验研究金属材料抗疲劳的性能是有实际意义的。 图1-1 疲劳宏观断口 一﹑实验目的 1.了解测定材料疲劳极限的方法。 2.掌握金属材料拉拉疲劳测试的方法。 3.观察疲劳失效现象和断口特征。 4.掌握慢应变速率拉伸试验的方法。 二、实验设备 1.PLD-50KN-250NM 拉扭疲劳试验机。 2.游标卡尺。 3.试验材料S135钻杆钢。 4.PLT-10慢应变速率拉伸试验。 三﹑实验原理及方法 在交变应力的应力循环中，最小应力和最大应力的比值为应力比： max min σσ= r （1-1） 称为循环特征或应力比。在既定的r 下，若试样的最大应力为max 1σ，经历N 1次循环后，发生疲劳失效， 则N 1称为最大应力r 为时的max 1σ疲劳寿命（简称寿命） 。实验表明，在同一循环特征下，最大应力越大，则寿命越短；随着最大应力的降低，寿命迅速增加。表示最大应力max σ与寿命N 的关系曲线称为应力-寿命曲线或S-N 曲线。碳钢的S-N 曲线如图1-2所示。由图可见，当应力降到某一极限值r σ时，S-N 曲线趋 近于水平线。即应力不超过r σ时，寿命N 可无限增大。称为疲劳极限或持久极限。下标r 表示循环特征。 实验表明，黑色金属试样如经历107次循环仍未失效，则再增加循环次数一般也不会失效。故可把107 次循环下仍未失效的最大应力作为持久极限r σ。而把N 0=107称为循环基数。有色金属的S-N 曲线在N>5×108时往往仍未趋于水平，通常规定一个循环基数N 0，例如取N 0=108，把它对应的最大应力作为“条件”持久极限。
拉伸实验报告
abaner 拉伸试验报告 [键入文档副标题] [键入作者姓名] [选取日期] [在此处键入文档的摘要。摘要通常是对文档内容的简短总结。在此处键入文档的摘要。 摘要通常是对文档内容的简短总结。] 拉伸试验报告 一、试验目的 1、测定低碳钢在退火、正火和淬火三种不同热处理状态下的强度与塑性性能 2、测定低碳钢的应变硬化指数和应变硬化系数 二、试验要求： 按照相关国标标准（gb/t228-2002：金属材料室温拉伸试验方法）要求完成试验测量工 作。 三、引言 低碳钢在不同的热处理状态下的力学性能是不同的。为了测定不同热处理状态的低碳钢 的力学性能，需要进行拉伸试验。 拉伸试验是材料力学性能测试中最常见试验方法之一。试验中的弹性变形、塑性变形、 断裂等各阶段真实反映了材料抵抗外力作用的全过程。它具有简单易行、试样制备方便等特 点。拉伸试验所得到的材料强度和塑性性能数据，对于设计和选材、新材料的研制、材料的 采购和验收、产品的质量控制以及设备的安全和评估都有很重要的应用价值和参考价值 通过拉伸实验测定低碳钢在退火、正火和淬火三种不同热处理状态下的强度和塑形性能， 并根据应力-应变曲线，确定应变硬化指数和系数。用这些数据来进行表征低碳钢的力学性能， 并对不同热处理的低碳钢的相关数据进行对比，从而得到不同热处理对低碳钢的影响。 拉伸实验根据金属材料室温拉伸试验方法的国家标准，制定相关的试验材料和设备，试 验的操作步骤等试验条件。 四、试验准备内容 具体包括以下几个方面。 1、试验材料与试样 （1）试验材料的形状和尺寸的一般要求 试样的形状和尺寸取决于被试验金属产品的形状与尺寸。通过从产品、压制坯或铸件切 取样坯经机加工制成样品。但具有恒定横截面的产品，例如型材、棒材、线材等，和铸造试 样可以不经机加工而进行试验。 试样横截面可以为圆形、矩形、多边形、环形，特殊情况下可以为某些其他形状。原始 标距与横截面积有l?ks0关系的试样称为比例试样。国际上使用的比例系数k的值为5.65。 原始标距应不小于15mm。当试样横截面积太小，以至采用比例系数k=5.65的值不能符合这 一最小标距要求时，可以采用较高的值，或者采用非比例试样。 本试验采用r4试样，标距长度50mm，直径为18mm。 尺寸公差为±0.07mm，形状公差为0.04mm。 （2）机加工的试样 如果试样的夹持端与平行长度的尺寸不同，他们之间应以过渡弧相连，此弧的过渡半径 的尺寸可能很重要。 试样夹持端的形状应适合试验机的夹头。试样轴线应与力的作用线重合。 （5）原始横截面积的测定
金属材料扭矩控制疲劳试验
金属材料扭矩控制疲劳试验 1 范围 本标准规定了金属试样在给定扭矩、恒定幅值、名义上受弹性应力、不引起应力集中条件下的疲劳试验。试验通常在室温（10℃~35℃）大气条件下进行，沿试样的纵轴加载。 本标准适用于圆形截面试样及圆管截面试样的切取、制备和试验。不包括构件及其他特殊类型的试验。同样也不包括恒幅角位移控制的低周扭转疲劳试验，其失效周次通常只有几千次。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 ISO 554：1976 标准大气环境条件和试验的说明（Standard atmospheres for conditioning and/or testing - Specifications） 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。 4 最大应力 maximum stress τmax 在应力循环中剪切应力的最大代数值（见图1）。 5 最小应力 minimum stress τmin 在应力循环中剪切应力的最小代数值（见图1）。 6 平均应力 mean stress τm 剪切应力的静态分量（见图1）。 注：最大剪切应力与最小剪切应力代数和的一半，见公式（1）： (1) 7 应力幅值stress amplitude τa 剪切应力的动态分量（见图1）。 注：最大剪切应力与最小剪切应力代数差的一半，见公式（2）： (2)
说明： X轴—时间； Y轴—应力； 1— 1个应力循环。 图1 疲劳应力循环 8 循环周次 number of cycles N 试验任意阶段的循环次数。 9 应力比 stress ratio R 在同一循环周次中最小剪切应力与最大剪切应力的代数比值。 注：可以表达为： (3) 10 应力范围stress range 最大剪切应力与最小剪切应力之间范围。 注：可以表达为： (4) 11 失效疲劳寿命 fatigue life at failure
Ncode案例
虚拟疲劳分析软件DesignLife应用案例 传统的汽车整车和零部件开发通常都通过产品在试验室中的台架耐久性试验，或试车场道路试验，以验证产品是否满足其设计目标，这一过程周期很长，成本很高，发现问题较晚。在当今的产品开发中，汽车企业越来越多地应用虚拟模拟分析技术，在实物样机出来之前就对其进行疲劳耐久性预测，在设计的早期消除不合格的设计，并通过设计比较，挑选出好的设计。实践证明，进行虚拟寿命分析，能大大加快产品的开发，减少试验的工作量，节省成本。 新一代CAE疲劳分析软件ICE-flow DesignLife是nCode公司的旗舰产品之一。它不仅继承了已经在工程上得到广泛应用的FE-Fatigue的功能特点，而且在软件的使用方便性方面也有了极大的改进。本文首先介绍虚拟寿命分析的一般步骤，然后将重点介绍在汽车零部件疲劳分析中应用DesignLife的几个案例，以帮助读者深入了解并把握虚拟疲劳分析中的一些要点和难点。 典型步骤 疲劳分析是一项较为复杂的工作，通常需要分析者对所分析的问题，以及需要从分析中获得什么样的结果有一个深刻的理解。通常所说的虚拟疲劳分析，指的是基于有限元分析结果的疲劳分析，就是将有限元分析结果，通常是应力应变结果，作为疲劳分析的一个主要输入。通过一个疲劳分析模型，计算出零部件或结构表面的疲劳寿命分布，以帮助判断设计寿命是否达到，或进行寿命优化设计。步骤如下： 1. 选择一个合适的疲劳分析模型 汽车疲劳分析中常用的分析模型有局部应力法、局部应变法、焊点疲劳分析法和焊缝疲劳分析法，另外还有较为复杂的Dang Van多轴安全因子法、振动疲劳分析和高温疲劳分析等。不同的分析方法需要不同的有限元分析结果和材料性能输入。 2. 准备有限元分析结果 一旦疲劳分析模型已经选择，那么需要什么有限元分析结果也将明确。比如，局部应力或应变法通常需要应力结果，而焊点分析法则需要焊点单元的力和力矩。有限元分析通常对每一个作用在零部件或结构中的力和力矩做单位静力线性计算，应力输出结果可以是未平均的，或已平均的节点值，或者单元值。 3. 准备载荷输入数据 使用什么载荷数据对于疲劳分析至关重要，载荷定义了汽车的使用环境，也决定了疲劳分析的结果。比如，载荷输入如果是试车场中采集的信号，那么疲劳分析结果将会是汽车在试验场中行驶的寿命，而不是在公共路面行驶的寿命。特别需要指出的是，对于汽车零部件或结构的疲劳分析，通常需要相对真实的时域载荷数据，以保证疲劳分析结果的合理性。如果无法测得实际的数据，那么多体动力学是分析载荷传递的强有力的工具。
金属材料检测检验检测标准
金属材料检测检验检测标准 金属材料检测范围涉及对黑色金属、有色金属、合金、铸件、机械设备及零部件等的机械性能测试、化学成分分析、金相分析、精密尺寸测量、无损探伤、耐腐蚀试验和环境模拟测试等。青岛科标检测中心出具权威资质认证国家认可的检测报告。 检测项目： 常规元素分析 品质（成份分析）、硅(Si)、锰(Mn)、磷(P)、碳(C)、硫(S)、镍(Ni)、铬(Cr)、铜(Cu)、镁(Mg)、钙(Ca)、铁(Fe)、钛(Ti)、锌(Zn)、铅(Pb)、锑(Sb)、镉(Cd)、铋(Bi)、砷(As)、钠(Na)、钾(K)、铝(Al)、牌号测定等 贵金属元素分析 银(Ag)、金(Au)、钯(Pd)、铂(Pt)、铑(Rh)、钌(Ru)、铱(Ir)、锇(Os) 物理性能：磁性能、电性能、热性能、抗氧化性能、耐磨、盐雾、腐蚀、密度、热膨胀系数、弹性模量、硬度； 化学性能：大气腐蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀、点蚀、腐蚀疲劳、人造气氛腐蚀； 力学性能：拉伸、弯曲、屈服、疲劳、扭转、应力、应力松弛、冲击、磨损、硬度、耐液压、拉伸蠕变、扩口、压扁、压缩、剪切强度等； 工艺性能：细丝拉伸、断口检验、反复弯曲、双向扭转、液压试验、扩口、弯曲、卷边、压扁、环扩张、环拉伸、显微组织、金相分析； 检测产品： 钢铁材料：结构钢、铜、铝、铁、不锈钢、耐热钢、高温合金、精密合金等 金属及其合金：轻金属、重金属、贵金属、半金属、稀有金属和稀土金属等； 特种金属材料：功能合金、金属基复合材料等； 金属材料制品：生铁、铝管、铁板、铁管、钢锭、钢坯、型材、线材、金属制品、有色金属及其制品等。 检测标准： 978-7-5066-5282-7 无机非金属材料检测标准手册胶凝材料卷 CB 1369-2002 舰船用金属材料进货检验及验收规则 CB 1370-2002 舰船用非金属材料进货检验及验收规则 CB/Z 264-1998 金属材料低周疲劳表面裂纹扩展速率试验方法
金属的拉伸实验(实验报告)
金属的拉伸实验一 一、实验目的 1、测定低碳钢的屈服强度二S、抗拉强度匚b、断后延伸率「?和断面收缩率'■ 2、观察低碳钢在拉伸过程中的各种现象，并绘制拉伸图（ F —「丄曲线） 3、分析低碳钢的力学性能特点与试样破坏特征 二、实验设备及测量仪器 1、万能材料试验机 2、游标卡尺、直尺 三、试样的制备 试样可制成圆形截面或矩形截面，采用圆形截面试件，试件中段用于测量拉伸变形，其 长度I。称为“标矩”。两端较粗部分为夹持部分，安装于试验机夹头中，以便夹紧试件。试验表明，试件的尺寸和形状对材料的塑性性质影响很大，为了能正确地比较材料力学性能，国家对试件的尺寸和形状都作了标准化规定。直径d0= 20mm ,标矩 I。=2O0nm（k 1 0或I0 =100mm（l0 =5d0）的圆形截面试件叫做“标准试件”，如因原 料尺寸限制或其他原因不能采用标准试件时，可以用“比例试件”。 四、实验原理 在拉伸试验时，禾U用试验机的自动绘图器可绘出低碳钢的拉伸曲线，见图2-11所示的F —△L曲线。图中最初阶段呈曲线，是由于试样头部在夹具内有滑动及试验机存在间隙等原因造成的。分析时应将图中的直线段延长与横坐标相交于O点，作为其坐标原点。拉伸曲 线形象的描绘出材料的变形特征及各阶段受力和变形间的关系，可由该图形的状态来判断材 料弹性与塑性好坏、断裂时的韧性与脆性程度以及不同变形下的承载能力。但同一种材料的 拉伸曲线会因试样尺寸不同而各异。为了使同一种材料不同尺寸试样的拉伸过程及其特性点 便于比较，以消除试样几何尺寸的影响，可将拉伸曲线图的纵坐标（力F）除以试样原始横 截面面积并将横坐标（伸长△ L）除以试样的原始标距I。得到的曲线便与试样尺寸无关，此曲线称为应力一应变曲线或R —；曲线，如图2 —12所示。从曲线上可以看出，它与拉伸 图曲线相似，也同样表征了材料力学性能。 爲一上屈服力：①一下屈服力'厂最尢力；叫一断裂后塑性伸恰业一彈性佃长 團2—11低碳钢拉伸曲线 拉伸试验过程分为四个阶段，如图2—11和图2-12所示。 （1 ）、弹性阶段OC。在此阶段中拉力和伸长成正比关系，表明钢材的应力与应变为线性关系，完全遵循虎克定律，如图2-12所示。若当应力继续增加到C点时，应力和应变的关系不再是线性关系，但变形仍然是弹性的，即卸除拉力后变形完全消失。
常用的金属材料疲劳极限试验方法
常用的金属材料疲劳极限试验方法 疲劳试验可以预测材料或构件在交变载荷作用下的疲劳强度，一般该类试验周期较长，所需设备比较复杂，但是由于一般的力学试验如静力拉伸、硬度和冲击试验，都不能够提供材料在反复交变载荷作用下的性能，因此对于重要的零构件进行疲劳试验是必须的。 MTS 810 金属材料疲劳试验的一些常用试验方法通常包括单点疲劳试验法、升降法、高频振动试验法、超声疲劳试验法、红外热像技术疲劳试验方法等。 单点疲劳试验法
适用于金属材料构件在室温、高温或腐蚀空气中旋转弯曲载荷条件下服役的情况。该种方法在试样数量受限制的情况下，可近似测定疲劳曲线并粗略估计疲劳极限。试验所需的疲劳试验机一般为弯曲疲劳试验机和拉压试验机。 升降法疲劳试验 升降法疲劳试验是获得金属材料或结构疲劳极限的一种比较常用而又精确的方法，在常规疲劳试验方法测定疲劳强度的基础上或在指定寿命的材料或结构的疲劳强度无法通过试验直接测定的情况下，一般采用升降法疲劳试验间接测定疲劳强度。 主要用于测定中、长寿命区材料或结构疲劳强度的随机特性。所需试验机一般为拉压疲劳试验机。 高频振动疲劳试验法 常规疲劳试验中交变载荷的频率一般低于200Hz，无法精确测得一些零件在高频环境状态下的疲劳损伤。高频振动试验利用试验器材产生含有循环载荷频率为1000Hz左右特性的交变惯性力作用于疲劳试样上，可以满足在高频、低幅、高循环环境条件下服役金属材料的疲劳性能研究。
高频振动试验主要用于军民机械工程的需要。试验装置通常包括：控制仪、电荷适配器、功率放大器、加速度计、振动台等。 超声法疲劳试验 超声法疲劳试验是一种加速共振式的疲劳试验方法，其测试频率（20kHz）远远超过常规疲劳测试频率（小于200Hz）。超声疲劳试验可以在不同载荷特征、不同环境和温度等条件下进行，为疲劳研究提供了一个很好的手段。嘉峪检测网提醒超声疲劳试验一般用于超高周疲劳试验，主要针对10^9以上周次疲劳试验。高周疲劳时，材料宏观上主要表现为弹性的，所以在损伤本构关系中采用应力、应变等参量的弹性关系处理，而不涉及微塑性。 红外热像技术疲劳试验方法 为缩短试验时间、减少试验成本，能量方法成为疲劳试验研究的重要方法之一。金属材料的疲劳是一个耗散能量的过程，而温度变化则是研究疲劳过程能量耗散极为重要的参量。 红外热像技术是一种波长转换技术，即将目标的热辐射转换为可见光的技术，利用目标自身各部分热辐射的差异获取二维可视图像，用计
金属材料拉伸试验报告
金属材料拉伸试验报告 一、实验目的 1.观察低碳钢和铸铁在拉伸过程中的各种现象（包括屈服，强化和颈缩等现象），特别是外力和变形间的关系，并绘制拉伸图。 2.测定低碳钢的屈服极限σs，强度极限σb，延伸率δ和截面收缩率ψ。 3.测定铸铁的强度极限σb。 4.观察断口，比较低碳钢和铸铁两种材料的拉伸性能和破坏特点。 二、实验设备和仪器 1.万能材料实验机 2.游标卡尺 三、实验原理 为了便于比较实验结果，按国家标准GB228—76中的有关规定,实验材料要按上述标准做成比例试件,即 圆形截面试件l0 =10d0 (长试件) l0 =5 d0 (短试件) 矩形截面试件 l0 =11.3 A (长试件) O l0 =5.65 A (短试件) O 式中: l0 --试件的初始计算长度(即试件的标距); --试件的初始截面面积; d0 --试件在标距内的初始直径
实验室里使用的金属拉伸试件通常制成标准圆形截面试件,如图1所示 图1拉伸试件 金属拉伸实验是测定金属材料力学性能的一个最基本的实验，是了解材料力学性能最全面，最方便的实验。本试验主要是测定低碳钢和铸铁在轴向静载拉伸过程中的力学性能。在试验过程中，利用实验机的自动绘图装置可绘出低碳钢的拉伸图（如图2所示）和铸铁的拉伸图。由于试件在开始受力时，其两端的夹紧部分在试验机的夹头内有一定的滑动，故绘出的拉伸图最初一段是曲线。 图2 试件拉伸图
对于低碳钢，在确定屈服载荷P S 时，必须注意观察试件屈服时测力度盘上主动针的转动情况，国际规定主动针停止转动时的恒定载荷或第一次回转的最小载荷值为屈服载荷P S ，故材料的屈服极限为 0 s s A P = σ 试件拉伸达到最大载荷之前，在标距范围内的变形是均匀的。从最大载荷开始，试件产生颈缩，截面迅速变细，载荷也随之减小。因此，测测力度盘上主动针开始回转，而从动针则停留在最大载荷的刻度上，给我们指示出最大载荷，则材料的强度极限为:0 A P b b = σ 试件断列后，将试件的断口对齐，测量出断裂后的标距l 1和断口处的直径d 1 ，则材料的延伸率δ和截面收缩率Ψ分别为:0 1l l l -= δ×100% 0 1 0A A A -= ψ×100% ×× 式中，l 0 , A 0分别为试验前的标距和横截面面积； l 1 , A 1分别为试验后的标距和断口处的横截面面积。 如果断口不在试件距中部的三分之一区段内，则应按国家标准规定采用断口移中法来计算试件拉断后的标距l 1 。其具体方法是：试验前先在试件的标距内，用刻线器刻划等间距的标点或圆周11个，即将标距长度分为10等份。试验后将拉断的试件断口对齐，如图3—3所示，以断口O 为起点，在长段上取基本等于短段的格数得B 点．当长段所余格数为偶数时，如图３―３（a ）所示，则取所余格数的一半得C 点，于是l 1＝AB+2BC
材料力学性能实验报告
大连理工大学实验报告 学院（系）：材料科学与工程学院专业：材料成型及控制工程班级：材0701姓名：学号：组：___ 指导教师签字：成绩： 实验一金属拉伸实验 Metal Tensile Test 一、实验目的Experiment Objective 1、掌握金属拉伸性能指标屈服点σS，抗拉强度σb，延伸率δ和断面收缩率 φ的测定方法。 2、掌握金属材料屈服强度σ0.2的测定方法。 3、了解碳钢拉伸曲线的含碳量与其强度、塑性间的关系。 4、简单了解万能实验拉伸机的构造及使用方法。 二、实验概述Experiment Summary 金属拉伸实验是检验金属材料力学性能普遍采用的极为重要的方法之一，是用来检测金属材料的强度和塑性指标的。此种方法就是将具有一定尺寸和形状的金属光滑试样夹持在拉力实验机上，温度、应力状态和加载速率确定的条件下，对试样逐渐施加拉伸载荷，直至把试样拉断为止。通过拉伸实验可以解释金属材料在静载荷作用下常见的三种失效形式，即过量弹性变形，塑性变形和断裂。在实验过程中，试样发生屈服和条件屈服时，以及试样所能承受的最大载荷除以试样的原始横截面积，求的该材料的屈服点σS，屈服强度σ0.2和强度极限σb。用试样断后的标距增长量及断处横截面积的缩减量，分别除以试样的原始标距长度，及试样的原始横截面积，求得该材料的延伸率δ和断面收缩率φ。 三、实验用设备The Equipment of Experiment 拉力实验的主要设备为拉力实验机和测量试样尺寸用的游标卡尺，拉力
实验机主要有机械式和液压式两种，该实验所用设备原东德WPM—30T液压式万能材料实验机。液压式万能实验机是最常用的一种实验机。它不仅能作拉伸试验，而且可进行压缩、剪切及弯曲实验。 （一）加载部分The Part of Applied load 这是对试样施加载荷的机构，它利用一定的动力和传动装置迫使试样产生变形，使试样受到力或能量的作用。其加载方式是液压式的。在机座上装有两根立柱，其上端有大横梁和工作油缸。油缸中的工作活塞支持着小横梁。小横梁和拉杆、工作台组成工作框架，随工作活塞生降。工作台上方装有承压板和弯曲支架，其下方为钳口座，内装夹持拉伸试样用的上夹头。下夹头安装在下钳口座中，下钳口座固定在升降丝杆上。 当电动机带动油泵工作时，通过送油阀手轮打开送油阀，油液便从油箱经油管和进入工作油缸，从而推动活塞连同工作框架一起上升。于是在工作台与大横梁之间就可进行压缩、弯曲等实验，在工作台与下夹头之间就进行拉伸实验。实验完毕后，关闭送油阀、旋转手轮打开回油阀，则工作油缸中的油液便经油管泄回油箱，工作台下降到原始位置。 （二）测力部分The Part of Measuring Force 加载时，油缸中的油液推动工作活塞的力与试样所承受的力随时处于平衡状态。如果用油管和将工作油缸和测力油缸连同，此油压便推动测力活塞，通过连杆框架使摆锤绕支点转动而抬起。同时，摆锤上方的推板便推动水平齿杆，使齿轮带动指针旋转。指针旋转的角度与油压亦即与试样所承受的载荷成正比，因此在测力度盘上便可读出试样受力的量值。 四、试样Sample 拉伸试样，通常加工成圆型或矩形截面试样，其平行长度L0等于5d或10d （前者为长试样，后者为短试样），本实验用短试样，即L0=5d。本实验所用的试样形状尺寸如图1—1所示。 图1－1圆柱形拉伸试样及尺寸
金属疲劳试验
金属疲劳试验主讲教师:
一、实验目的 1. 了解疲劳试验的基本原理。 2. 掌握疲劳极限、S-N曲线的测试方 法。
二、实验原理 1．疲劳抗力指标的意义 目前评定金属材料疲劳性能的基本方法就是通过试验测定其S-N曲线(疲劳曲线)，即建立 最大应力σ max 或应力振幅σ α 与其相应的断裂 循环周次N之间的关系曲线。不同金属材料的S-N曲线形状是不同的，大致可以分为两类，如图1所示。其中一类曲线从某应力水平以下开始出现明显的水平部分，如图1(a)所示。这表明当所加交变应力降低到这个水平数值时，试样可承受无限次应力循环而不断裂。
这表明当所加交变应力降低到这个水平数值时，试样可承受无限次应力循环而不断裂。因此将水平部分所对应的应力称之为金属的疲劳极限，用符号σ R 表示(R为最小应力与最大应力之比，称为应力比)。若试验在对称循环应力(即R=-1)下进行，则其疲劳 极限以σ -1表示。中低强度结构钢、铸铁等材料的S- N曲线属于这一类。对这一类材料在测试其疲劳极限时，不可能做到无限次应力循环，而试验表明，这类材料在交变应力作用下，如果应力循环达到107周次不断裂，则表明它可承受无限次应力循环也不会断裂，所以对这类材料常用107周次作为测定疲劳极限的基数。另一类疲劳曲线没有水平部分，其特点是随应力降低，循环周次N不断增大，但不存在无限寿命。如图1(b)所示。在这种情况下，常根据实际需要定出一定循环周次(108或5×107…)下所对应的应力作为金属材料的“条件疲劳极限”，用符号σ R(N) 表示。
2．S-N 曲线的测定 (1) 条件疲劳极限的测定 测试条件疲劳极限采用升降法，试件取13根以上。每级应力增量取预计疲劳极限的5％以内。第一根试件的试验应力水平略高于预计疲劳极限。根据上根试件的试验结果，是失效还是通过（即达到循环基数不破坏）来决定下根试件应力增量是减还是增，失效则减，通过则增。直到全部试件做完。第一次出现相反结果（失效和通过，或通过和失效）以前的试验数据，如在以后试验数据波动范围之外，则予以舍弃；否则，作为有效数据，连同其他数据加以利用，按下列公式计算疲劳极限： ()11n R N i i i v m σσ==∑ 1
金属材料拉伸试验报告
塑料力学性能实验（拉伸实验、弯曲实验） 一、实验目的： 1、通过等速应变实验得到聚合物材料大形变的应力-应变曲线，正确理解杨氏模量、屈服强度、弯曲强度、拉伸强度和断裂伸长率等评价材料力学性能的特征参数的物理意义； 2、观察聚合物材料特有的应变软化现象和塑性不稳定性--细颈； 3、了解聚合物应力-应变曲线的各种类型和屈服点特症； 4、掌握材料试验机的使用方法。 二、实验原理： 图 14-1所示的棒，在它的两个端头A 0上受到两个大小相等、方向相反的正向拉力P ，则拉伸应力为 σt =A p 0 。如果力P 把棒从原长l 0拉长到l ，拉 伸应变ε1=l l l 00 -=l l 0 ?，σt 、ε1 之比就是杨氏模量E= ε σ1 t 。单向拉伸时，不仅在拉伸方向有外形 尺寸的变化，而且在垂直于拉力p 的方向上也 图14-1单向拉伸 伴有尺寸的变化(横向收缩)。如果横向尺寸分别出b 0、d 0变为b 、d ，则横 向应变为b b b 0 2 -= ε和d d d 0 3 -= ε。泊松比γ是将这此外形尺寸的变化相互 联系起来的常数，它定义为横向收缩对纵向拉伸之比，γ= ε ε εε1 31 2=。由此可见， 材料受力时，在外形尺寸改变的同时它的体积也发生了变化。一般来说，当材料处于拉应力下其体积增加，此时泊松比小于1／2。可以证明，如果拉伸时材料体积不变，则泊松比等于1／2。橡胶和流体的泊松比接近1／2，即它们拉伸时体积几乎不变。实验表明，对大多数聚合物，在拉伸时的体积变化相对于其形状改变来说是可以忽略不计的。因此，由单向拉伸实验得到的资料可以与简单剪切实验得到的资料相比较。在小形变时，剪切模量（G ）和杨氏模量E≈3G 的近似关系。拉伸实验是很容易实现的，从聚合物材料的拉伸图上可以得到很多有用的
金属材料力学性能实验报告
金属材料力学性能实验报告 姓名：班级：学号：成绩： 实验名称实验一金属材料静拉伸试验 实验设备1）电子拉伸材料试验机一台，型号HY-10080 2）位移传感器一个； 3）刻线机一台； 4）游标卡尺一把； 5）铝合金和20#钢。 试样示意图 图1 圆柱形拉伸标准试样示意图 试样宏观断口示意图 图2 铝合金试样常温拉伸断裂图和断口图 （和试样中轴线大约成45°角的纤维状断口，几乎没有颈缩，可以知道为切应力达到极限，发生韧性断裂）
图3 正火态20#钢常温拉伸断裂图和断口图 （可以明显看出，试样在拉断之后在断口附近产生颈缩。断口处可以看出有三个区域：1.试样中心的纤维区，表面有较大的起伏，有较大的塑性变形；2.放射区，表面较光亮平坦，有较细的放射状条纹；3.剪切唇，轴线成45°角左右的倾斜断口） 原始数据记录 表1 正火态20#钢试样的初始直径测量数据（单位：mm ） 左 中 右 平均值 9.90 10.00 10.00 9.97 9.92 10.00 10.00 10.00 10.00 9.92 左 中 右 平均值 8.70 8.72 8.68 8.69 8.68 8.70 8.70 8.64 8.72 8.70 表2 时效铝合金试样的初始直径测量数据（单位：mm ） 两试样的初始标距为050 L mm 。 表3 铝合金拉断后标距测量数据记录（单位：mm ） AB BC AB+2BC 平均 12.32 23.16 58.64 58.79 24.02 17.46 58.94 测量20#钢拉断后的平均标距为u L =69.53 mm ，断口的直径平均值为u d =6.00 mm 。 测量得到铝合金拉断后的断面直径平均值为7.96mm 。
金属材料的力学性能及其测试方法
目录 摘要1 1引言2 2金属材料的力学性能简介2 2.1 强度3 2.2 塑性3 2.3 硬度3 2.4 冲击韧性4 2.5 疲劳强度4 3金属材料力学性能测试方法4 3.1拉伸试验5 3.2压缩试验8 3.3扭转试验11 3.4硬度试验15 3.5冲击韧度试验22 3.6疲劳试验27 4常用的仪器设备简介29 4.1万能试验机29 4.2扭转试验机34 4.3摆锤式冲击试验机40 5金属材料力学性能测试方法的发展趋势42 参考文献42
金属材料的力学性能及其测试方法 摘要：金属的力学性能反映了金属材料在各种形式外力作用下抵抗变形或破坏的某些能力，它与材料的失效形式息息相关。本文主要解释了金属材料各项力学性能的概念，介绍了几个常见的测试金属材料力学性能的试验以及相关的仪器设备，最后阐述了金属材料力学性能测试方法的发展趋势。 关键词：金属材料，力学性能，测试方法，仪器设备，发展趋势 Test Methods for The Mechanical Properties of Metal Material Abstract：The mechanical properties of metal material which reflect some abilities of deformation and fracture resistance under various external forces are closely linked with failure forms. This paper mainly introduces some concepts of mechanical properties of metal material, mon experiments testing mechanical properties of metal material and apparatuses used. The trend of development of test methods for mechanical properties of metal material is also discussed. Keywords：metal material，mechanical properties，test methods，apparatuses，development trend
金属材料疲劳研究综述
金属材料疲劳研究综述 摘要：人会疲劳，金属也会疲劳吗？早在100多年前，人们就发现了金属也是会疲劳的，并且发现了金属疲劳带给人们各个方面的危害，所以研究金属材料的疲劳是非常有必要的。本文主要讲述了国内外关于金属疲劳的研究进展，概述了金属产生疲劳的原因及影响因素，以及金属材料疲劳的试验方法。 关键词：金属材料疲劳裂纹疲劳寿命 一．引言 金属疲劳的概念，最早是由J．V．Poncelet 于1830 年在巴黎大学讲演时采用的。当时，“疲劳”一词被用来描述在周期拉压加载下材料强度的衰退。引述美国试验与材料协会( ASTM) 在“疲劳试验及数据统计分析之有关术语的标准定义”( EZ06-72) 中所作的定义: 在某点或某些点承受挠动应力，且在足够多的循环挠动作用之后形成裂纹或完全断裂时，材料中所发生的局部永久结构变化的发展过程，称为“疲劳”。金属疲劳是指材料、零构件在循环应力或循环应变作用下，在一处或几处逐渐产生局部永久性累积损伤，经一定循环次数后产生裂纹或突然发生完全断裂的过程。在材料结构受到多次重复变化的载荷作用后，应力值虽然始终没有超过材料的强度极限，甚至比弹性极限还低的情况下就可能发生破坏，这种在交变载荷重复作用下材料和结构的破坏现象，就叫做金属的疲劳破坏。据统计金属材料失效80%是由于疲劳引起的，且表现为突然断裂，无论材料为韧性材料还是塑性材料都表现为突然断裂，危害极大，所以研究金属的疲劳是
非常有必要的。 由于金属材料的疲劳一般难以发现，因此常常造成突然的事故。早在100多年以前，人们就发现了金属疲劳给各个方面带来的损害。由于但是条件的限制，还不能查明疲劳破坏的原因。在第二次世界大战期间，美国的5000艘货船共发生1000多次破坏事故，有238艘完全报废，其中大部分要归咎于金属的疲劳。2002 年 5 月，华航一架波音747-200 型客机在由台湾中正机场飞往香港机场途中空中解体，19 名机组人员及206名乘客全部遇难。调查发现，飞机后部的金属疲劳裂纹造成机体在空中解体，是导致此次空难的根本原因。直到出现了电子显微镜之后，人类在揭开金属疲劳秘密的道路上不断取得了新的成果，才开发出一些发现和消除金属疲劳的手段。 二．金属疲劳的有关进展 1839年巴黎大学教授在讲课中首先使用了“金属疲劳”的概念。1850一1860年德国工程师提出了应力-寿命图和疲劳极限的概念。1870一1890年间，Gerber研究了平均应力对疲劳寿命的影响。Goodman提出了考虑平均应力影响的简单理论。1920年Griffith发表了关于脆性材料断裂的理论和试验结果。发现玻璃的强度取决于所包含的微裂纹长度，Griffith理论的出现标志着断裂力学的开端。1945年Miner用公式表达出线性积累损伤理论。五十年代，力学理论上对提出应力强度因子K的概念。六十年代，Manson—Coffin公式概括了塑性应变幅值和疲劳寿命之间的关系。Paris在1963年提出疲劳裂纹扩展速率da／dN和应力强度因子幅值?k之间的关系。1974年，美