金属材料力学性能测试

§ 4.3 金属材料压缩时的力学性能
二、压缩试样
压缩试样常采用圆柱形或正方形，图为圆柱形 试样。
L (2.5 ~ 3.5)d0 用于测 pc , tc , sc , bc 用于测 pc0.01, Ec L (5 ~ 8)d0 用于测 bc L (1~ 2)d0
§ 4.3 金属材料压缩时的力学性能
（3）下屈服点：扭转曲 线上的屈服阶段中最小扭 矩Tsl ，按弹性扭转应力公 式计算的剪应力 sl 。
§ 4.4 金属材料扭转时的力学性能
2、测试方法
（1）图解法 （2）指针法
§ 4.4 金属材料扭转时的力学性能
（三）扭转强度的测定 1、定义：试样扭断前承受的最大扭矩 Tb ，按弹 性扭转公式计算的试样表面最大切应力 b 。
§ 4.4 金属材料扭转时的力学性能
（二）扭转屈服性能指标
１、定义：
（１）屈服点：在扭转曲线 上出现屈服平台时对应的应 力扭矩 Ts ，按弹性扭转应力 公式计算的切应力 c 。
§ 4.4 金属材料扭转时的力学性能
（2）上屈服点：扭转曲线 上首次发生下降的最大扭 矩Tsu ，按弹性扭转应力公 式计算剪应力 su 。
§ 4.2 金属材料拉伸时的力学性能
2、定标距试样
定标距试样的原始标距与横截面间无比例关 系，一般 L0取100mm ，200mm 。
§ 4.2 金属材料拉伸时的力学性能
二、拉伸图及应力—应变图
下图为低碳钢的拉伸图和应力—应变图。
P l 由于 , 而均为常量，故两图 A0 l 形形状相同。
三、压缩力学性能测试
（一）规定非比例压缩应力
１、定义：规定非比例压缩应力为压缩时，非比 例压缩变形达到规定的原始标距百分比时的应力：
pc
Ppc S0
§ 4.3 金属材料压缩时的力学性能
２、测定方法： １）作图法 ２）逐次逼近法：若力—变形曲线无明显的弹性 直线段，则采用逐次逼近法。 （参见国标ＧＢ７３１４—８７）
§ 4.3 金属材料压缩时的力学性能
（三）压缩屈服点 sc的测定
１、定义：试样压缩时，当达到力不再增加而仍 然继续变形所对应的应力即为压缩屈服点 sc。 ２、测试方法
Fsc 作图法：在力—变形图上判读 Fsc ，则 sc S0
§ 4.3 金属材料压缩时的力学性能
（四）抗压强度 bc的测定 １、定义：试样压缩至破坏过程中的最大应力即 抗压强度 bc 。
材料压缩与拉伸的主要差别在于载荷—变形 曲线，塑性及断裂形式等。图为金属材料的压 缩曲线。
§ 4.3 金属材料压缩时的力学性能
曲线2为塑性材料的压缩曲线，可见随着载荷 的加大，压缩变形加大，但不断裂，因此得不到其 抗压强度。压缩破坏形式为
曲线1为脆性材料压缩曲线，断裂点的应力即 为抗压强度极限 bc。脆性材料压缩断裂形状如图。
1）定义：材料在轴向拉伸过程中，在线弹性变 形范围内横向应变与轴向应变之比∶
式中：

2） 的测定 1、作图法

'
| |
'
为横向应变； 为轴向应变。
2、拟合法
§ 4.2 金属材料拉伸时的力学性能
（五）拉伸时的断口分析
低碳钢
铸铁
§ 4.3 金属材料压缩时的力学性能
一、压缩与拉伸的比较
§ 4.2 金属材料拉伸时的力学性能
3）若材料的 p 、 r 差别不大，或对测试法无要 求时，此时也就不必区分 p 0.2和 r 0.2 而统一 成 0.2 。
§ 4.2 金属材料拉伸时的力学性能 4、规定总伸长应力 t
1）定义：试样标距部分的总伸长达到规定的原始 标距百分比时的应力。规定总伸长与规定非比例 伸长之间相差弹性比例伸长。 2）测试方法：
（1）图解法
（2）引伸计法
§ 4.2 金属材料拉伸时的力学性能
3）关于 t的几点说明
（1）规定总伸长与规定非比例伸长之间相差弹性 比例伸长。
（2）一般中、低强度钢可用 t 0.5等效 p 0.3。
§ 4.2 金属材料拉伸时的力学性能
（三）材料的塑性指标及其测定
1、断后伸长率 1）定义：试样拉断后，其标距部分的伸长与原始 标距的百分比。
L0 K S0
其中L0为试样标距，S0为试样横截面面积，比 例系数 K，一般取5.65或11.3，前者称短试样， 后者称长试样。
§ 4.2 金属材料拉伸时的力学性能
（2）对于圆截面试样，短长比例试样的标距 分别取 5d 0和 10d0。
（3）圆截面试样的形状如图所示，它分为三个 部分。
工作部分长度 L，一般不小于 L d0 。
公式中：
max d
2 Le
)
d 为试样直径。 max 为试样标距范围的最大扭转角。
l0 10d0
l0 5d0 l0 11.3 A0 l0 5.65 A0
§ 4.2 金属材料拉伸时的力学性能
2、断后收缩率
1) 的定义：试样拉断后，颈缩处横截面面积的 最大缩减量与原始横截面面积的百分比。
式中： S0 为试样原始横截面面积；
S0 S1 100% Fra Baidu bibliotek0
§ 4.2 金属材料拉伸时的力学性能
有关系式：
lk l l l0 A0

l0 A0
l0 l0 因此为了同材料得到相同的断后伸长率必须使

A0
A 0 / l0 常数，因此有
圆试样的长试样 圆试样的短试样 矩形试样的长试样 矩形试样的短试样
§ 4.2 金属材料拉伸时的力学性能
三、力学性能测试
（一）物理屈服性能指标
1、具有物理屈服现象的金属材料，其拉伸曲 线的类型有如下一些情况：
§ 4.2 金属材料拉伸时的力学性能
2、各项物理屈服性能指标定义如下： 1）屈 服 点：
s
su
Fs s S0
Fsu su S0 Fsl sl S0
§ 4.2 金属材料拉伸时的力学性能
拉伸实验室是测定材料力学性能的最常用的一 种方法。
一、拉伸试样
按国标GB6397—86《金属材料试验试样》规 定，拉伸试样分为比例试样和定标距试样两种。
§ 4.2 金属材料拉伸时的力学性能
1、比例计算 （1）比例计算的标距和横截面面积之间存在 如下比例关系，即
bc 的测定 ２、
将试样压至破坏，从力—变形图上确定最大实际 压缩力 Fbc ，或从测力盘上读取最大值 Fbc ，按公式 计算：
Fbc bc S0
§ 4.3 金属材料压缩时的力学性能
（五）压缩弹性模量 Ec的测定
１、定义：压缩时，应力—应变呈线性挂稀释的 应力与应变的比值即为 Ec 。
§ 4.3 金属材料压缩时的力学性能
（二）规定总压缩应力的测定
１、定义：试样压缩时，其标距的总压缩变形 （弹性和塑性变形之和）达到规定的原始标距百 分比时的应力，即为规定总压缩应力 tc 。
§ 4.3 金属材料压缩时的力学性能
２、测定方法:
作图法 在绘制的力—变形图上，自原点起，在变形 轴上取 OD段 (OD tcl0n)，过 D 点作与力轴平行 的 DM 线交曲线于 M 点，其对应的力 P tc 即为所测 定的规定总压缩应力 。
截面面积。
S1 为试样断裂后，颈缩处最细部分的横
2） 的测定
§ 4.2 金属材料拉伸时的力学性能
（四）材料的弹性指标及其测定 1、弹性模量 E（又称杨氏模量） 1） E 的定义：指材料拉伸时，应力应变在线形 比例范围内，应力与应变之比。即
2） E 的测定方法 1、 作图法 2、拟合法
E
2）上屈服点：
3）下屈服点：
sl
无特殊要求的情况下，一般只测量屈服点或 下屈服点。
§ 4.2 金属材料拉伸时的力学性能
（二）规定微量塑性伸长应力指标
1、规定非比例伸长应力 p
定义：试样标距部分的非比例伸长达到规定 的原始百分比时的应力，这种应力是在试样受力 的条件下测定的，它反映材料在拉力作用下抵抗 微量塑性变形的抗力。
p 的两种测试方法：
（1）图解法 （2）逐级施力法
§ 4.2 金属材料拉伸时的力学性能
2、规定残余伸长应力 r
定义：试样卸力后，其标距部分的残余伸长 达到规定的原始标距百分比时的应力。这种应力 是在卸力后测定的。
r 的测试方法
§ 4.2 金属材料拉伸时的力学性能
3、关于 p和 r的几点说明 1）一般可将 p 0.01 （或 r 0.01）作为条件比例极限， r 0.2 将 （或 ）作为屈服强度。 p 0.2
第四章 金属材料力学性能测试
§ 4.1 概述
§ 4.2 金属材料拉伸时的力学性能 § 4.3 金属材料压缩时的力学性能 § 4.4 金属材料扭转时的力学性能
§ 4.1 概述
金属材料在外力作用下所表现出的诸如强度、 塑性、弹性等等力学特性称为材料的力学性能， 而衡量金属材料力学性能的指标统称为力学（机 械）性能指标，这些指标是通过实验来确定的。 本章就依据国家标准来讨论这些指标的意义及测 定方法。
Lk L0 100% L0
式中： Lk ：试样断后标距长度（mm）
L0 ：试样原始标距长度。
§ 4.2 金属材料拉伸时的力学性能
的测定方法 2）
1、直测法。
2、移位法。
L1 AB 2BC
L1 AB BC1 BC
§ 4.2 金属材料拉伸时的力学性能
3）试样尺寸对 的影响说明
§ 4.2 金属材料拉伸时的力学性能
2、弦线模量与切线模量 对于拉伸过程中无明显线弹性变形阶段的 材料，无法用弹性直线段的斜率来确定，这时 一般可采用弦线模量或切线模量，即用材料弹 性变形曲线的割线或切线的斜率来表达其弹性 模量（参见GB8653—88）
§ 4.2 金属材料拉伸时的力学性能
3、泊松比
§ 4.4 金属材料扭转时的力学性能
三、扭转力学性能测试
（一）规定非比例扭转应力的测定 1、定义：试样扭转时，其标距部分外表面上的 非比例剪应变达到规定数值 p 时，按弹性扭转公 式计算的剪应力即为规定非比例扭转应力 p。例 如：一般用 p0.015 分别作为“条件扭转比例极限” 和“扭转屈服强度”。 ２、测试方法： （１）图解法 （２）逐级加载法
§ 4.2 金属材料拉伸时的力学性能
2）对于同一试样而言，在规定伸长率相同的条 p 和 r一般并不相同。前者是在试验力作 件下， 用下测定的，其非比例伸长包括滞弹性伸长和塑 性伸长两部分，而后者是在卸力之后测定的，滞 弹性伸长已随试验力卸除而消失，甚至随着时间 的延长，其塑性伸长由于加力时的不均匀塑性变 形所产生的残余应力的反作用，也消失一部分， 在拉伸曲线上为卸力线不平行于加力线的线弹性 段，而是朝向原点方向微弯。
对于塑性材料，断裂前变形集中在缩颈处，距 离断口位置越远，变形越小。因此，断口在标距间 的位置对延伸率 是有影响的。也就是说试样断裂 后的塑性变形 lk可分为两部分： 1、颈缩出现前的均匀伸长 l。 2、颈缩出现后的局部伸长 l。
l与原始 其中 l与原始的标距长度 L0 有关； 横截面面积 A 0有关。
§ 4.3 金属材料压缩时的力学性能
２、测定方法：
（１）作图法
在力—变形曲线图上，取弹性直线段上的两 点 J, K ；按公式计算：
( FK FJ ) L0 Ec ( LK LJ ) L0
（２）若无弹性直线段，在没有其他规定的条件 下，采用逐级逼近法（参见国标GB7314—87）
§ 4.4 金属材料扭转时的力学性能
Tb b W
2、测定方法（按定义做即可）
（四）最大非比例剪应变 max
§ 4.4 金属材料扭转时的力学性能
1、定义：试样扭断时，其外表面上的最大非比例 剪应变，即为最大非比例剪应变以 max 表示。
§ 4.4 金属材料扭转时的力学性能
2、测定方法
（1）图解法
按公式：
max arctg (
一、扭转试件
试样主要采用圆形截面，推荐直径 d 为10mm， 标距分别为50mm、100mm ，平行长度 Lc相应 为70mm 、 120mm ，若为其他尺寸的直径 则 Lc L0 2d0 。
§ 4.4 金属材料扭转时的力学性能
二、试验过程分析
试样在开始变形直至破坏，有以下特点：
1、试样的长度和横截面直径保持不变； 2、塑性变形沿试样的径向由小至大连续分布； 3、试样外表面变形均匀且相等。