金属材料缺口拉伸试验

金属材料缺口拉伸试验一、试验数据分析与处理

（一）、对中拉伸（不偏斜，即偏斜角为0 º）

1.计算机数据：

S t r e s s (M P a )Strain

图1 钢缺口拉伸试样光滑平行段应力-应变曲线

l g S

lge

图2 钢缺口拉伸试样光滑平行段均匀塑性变形阶段lgS~lge 的线性拟合

[2012/4/8 15:20 "/lgS-lge" (2456024)]

Linear Regression for 0909第2组钢光_logS: Y = A + B * X Parameter Value Error

------------------------------------------------------------

A 2.93003 0.00352

B 0.27134 0.00306

------------------------------------------------------------ R SD N P

------------------------------------------------------------ 0.99463 0.00829 87 <0.0001

------------------------------------------------------------

计算得到： K=10A =102.93003=794.885MPa ，n=B=0.27134

图3 铸铁缺口拉伸试样光滑拉伸平行段应力-应变曲线

l g S

lge

图4 铸铁缺口拉伸试样光滑平行段均匀塑性变形阶段lgS~lge 的线性拟合

因为其没有均匀塑性变形阶段，所以得不到K 、n 值

2.坐标纸数据：

Displacement (mm)

P (K N )

图5 钢缺口拉伸试验载荷

-位移曲线

S t r e s s (M P a )

Strain

图6 钢缺口拉伸试验（缺口截面）应力—位移曲线

S t r e s s (M P a )

Strain

图7 钢缺口拉伸试验（缺口截面）应力-（平均）应变曲线

Displacement (mm)

P (K N )

图8 铸铁 缺口拉伸试验载荷-位移曲线

Displacement (mm)

S t r e s s (M P a )

图9 铸铁缺口拉伸试验（缺口截面）应力—位移曲线

S t r e s s (M P a )

Strain

图10 铸铁缺口拉伸试验（缺口截面）应力-（平均）应变曲线

（二）、偏斜角为4º偏斜拉伸

坐标纸数据

Displacement (mm)

P (K N )

图11 钢偏斜角为4º缺口拉伸试验载荷-位移曲线

Displacement (mm)

S t r e s s (M P a )

图12 钢偏斜角为4º缺口拉伸试验（缺口截面）应力—位移曲线

Displacement (mm)

P (K N )

图13 铸铁偏斜角为4º缺口拉伸试验载荷-位移曲线

S t r e s s (M P a )

Strain

图14铸铁偏斜角为4º缺口拉伸试验（缺口截面）应力—位移曲线

（三）、偏斜角为8º偏斜拉伸

坐标纸数据

Displacement (mm)

P (K N )

图15 钢偏斜角为8º缺口拉伸试验载荷-位移曲线

S t r e s s (M P a )

Strain

图16 钢偏斜角为8º缺口拉伸试验（缺口截面）应力—位移曲线

Displacement (mm)

P (K N )

图17铸铁偏斜角为8º缺口拉伸试验载荷-位移曲线

S t r e s s (M P a )

Strain

图18铸铁偏斜角为8º缺口拉伸试验（缺口截面）应力—位移曲线

（四）、σsN 、σbN 、σsN /σbN 、qe 随偏斜角变化的曲线

图19 钢和铸铁缺口强度、缺口敏感度随偏斜角度的变化

q e ,σs N /σb N

α/

图20 σsN /σbN 、qe 随偏斜角变化的曲线

二、讨论与分析

1、 比较不同材料缺口试样的应力-应变曲线的特点和同种材料光滑与缺口试样、对中拉伸缺口试样光滑段与试样整体之应力-应变曲线的区别，并加以解释。 答：不同材料缺口试样应力应变曲线的区别与光滑试样相似，因为铸铁没有明显的屈服现象，所以铸铁和低碳钢的曲线不大相同。有缺口试样的应力应变曲线屈服强度、抗拉强度值均偏高。因为在有缺口时，塑性材料的强度极限因塑性变形受约束而有一定程度的增加。对脆性材料或低塑性材料，缺口试样拉伸常常是直接由弹性状态过渡到断裂，很难通过缺口前方的微量塑性变形使应力重新分布。所以，脆性材料缺口试样的强度比光滑试样要低。

2、比较不同材料的σsN 、σbN 、σsN /σbN、qe随偏斜角变化的曲线的区别，并加以解释。答：理论上讲，缺口偏斜角度越大，屈服强度会有所升高，而抗拉强度会降低。但是由于实验坐标纸上取点的误差，所以图中屈服强度也有误差。

3、比较同种材料不同偏斜角、不同材料相同偏斜角δN、δN边、δN中、ψN、ψN边、ψN 的差异。答：同种材料的δN、δN边、δN中会有所不同，但相差不大。ψN边、ψN中变化不大，为0。不同材料δN、δN边、δN中低碳钢均大于铸铁，铸铁ψN、ψN边、ψN中变化不大，而低碳钢则有明显的断面收缩。

4、比较同种材料，光滑与缺口、不同偏斜角度宏观断口的裂纹起源和扩展方向及特征，并加以解释。

答：碳钢颈缩时由于三向应力的作用，在试样中心首先产生许多显微孔洞，这些孔洞相互连接形成可见的裂纹，由于裂纹尖端的应力集中使得塑性变形集中在裂纹尖端前的滑移带上，滑移带和拉伸轴成30~40 ,在这个很薄的剪切带内变形十分强烈，导致带内形成许多显微孔洞，孔洞的集合造成裂纹的扩展，并把剪切带撕成两半。随着试样的承载面积的不断减小，最后呈剪切断裂，因此断口呈杯锥状。

铸铁由于是脆性材料，断裂形式为解理断裂。

5、比较钢和铸铁在同种实验条件下宏观断口的区别，并做出合理的解释。

答：钢和铸铁宏观断口区别类似于光滑试样，缺口试样拉伸试验中观察到的断口面特征为：钢是沿断口面断裂，断面灰暗，呈纤维状，有颈缩；铸铁是沿缺口断裂，断面光亮齐整，没有颈缩。

形成原因：钢与铸铁的塑性不同。

钢有较好的韧性，可承受一定的塑性变形，表现为钢试样拉伸时产生颈缩，故其断口面呈灰暗色，纤维状。钢试样断裂过程就是一个塑性变形的过程，即滑移过程，故其断口与软取向方向一致，与外加应力呈45°角。

铸铁塑性很差，在正应力的作用下由于原子间结合键的破坏引起的沿与外应力垂直晶面发生断裂，故其断口呈平整的镜面。

三、思考题

1、缺口敏感性指标qe=σsN /σbN大小说明了什么问题？qe与材料性质有何关系？

答：缺口敏感性指标衡量在硬性应力状态和应力集中条件下材料的脆化倾向。对脆性材料qe永远小于1，表明缺口处尚未发生明显塑性变形就已发生脆性断裂。高强度材料的qe一般小于1。缺口不太尖锐的塑性材料，拉伸时可能产生塑性变形，此时qe总会大于1。总的来讲无论是塑性材料还是脆性材料，其比值qe越大，缺口敏感性越小。

2、为什么具有缺口的零件容易发生低应力脆断？

答：比较缺口试样与相同截面的光滑试样可以发现，在有缺口时，塑性材料的强度极限因塑性变形受约束而有一定程度的增加。对脆性材料或低塑性材料，缺口试样拉伸常常是直接由弹性状态过渡到断裂，很难通过缺口前方的微量塑性变形使应力重新分布。所以，脆性材料缺口试样的强度比光滑试样要低。因此具有缺口的零件容易发生低应力脆断。