金属常规力学指标测试

实验一金属常规力学指标测定

一、实验目的

1、掌握金属材料常规力学指标的测试方法。

2、掌握各个常规力学指标的作用及意义。

3、了解各个指标的相互关系。

4、熟悉所用测试仪器及设备的原理与操作使用。

二、实验方法及采用标准

1、金属拉伸试验标准GB/T 228、1-2010

2、金属冲击试验标准GB/T 229-2007

3、金属扭转试验标准GB/T 10128-2007

三、实验数据处理

1、依据国家标准,分别计算各个力学参数指标。

(一)金属拉伸实验标准GB/T 228、1-2010

材料的弹性、强度、塑形、应变硬化与韧性等许多重要的力学性能指标统称为拉伸性能,它就是材料的基本力学性能。拉伸实验就是标准拉伸试样在静态轴向拉伸力不断作用下以规定的拉伸速度拉至断裂,并在拉伸过程中连接记录力与伸长量,从而求出其强度判据与塑性判据的力学性能试验。

(1)试验要求

1)原始标距的标记

对于比例试样,应将原始标距的计算值修约至最接近5mm的倍数,中间数值向较大一方修约。标距的标记应精确到取值数值的 1%。

2)原始横截面积的测定

圆形截面试样应在试样工作段的两断及中间处两个相互垂直的方向上各测一次直径,取其算术平均值,选用三处测得横截面积中的最小值。

（2）拉伸性能的测定

利用试验机的绘图装置得到力-位移关系曲线,如下:

图1 拉伸试验力-位移曲线 1) 断后伸长率测定

为了测定断后伸长率,应将试样断裂的部分仔细地对接在一起使其轴线处于同一直线上,并采取特别措施确保试样断裂部分适当接触后测量试样断后标距。按下式计算断后伸长率A:

u o o L L 62.6450A 100%=100%25.28%25.5%L 50--=⨯⨯=≈

式中:L o —原始标距;L u —断后标距。

应使用分辨力足够的量具或测量装置测定断后伸长量L u - L o ,并精确到0.25mm ±。

2) 断面收缩率的测定

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。断裂后最小横截面积的测定应准确到2%±。原始横截面积与断后最小横截面积之差除以原始横截面积的百分率得到断面收缩率,按下式计算:

o u o S S 78.0734.21Z 100%=100%56.18%56%S 78.07--=⨯⨯=≈

式中:S o —平行长度部分的原始横截面积;S u —断后最小横截面积

3) 抗拉强度的测定

对于呈现明显屈服现象的金属材料,从记录的力-位移图,读取屈服阶段之后的最大力。最大力除以原始横截面积得到抗拉强度。

523045.472 5.821069.97102MAX F Pa Pa S σπ-===⨯≈⎛⎫⨯⨯ ⎪⎝⎭

4) 屈服强度的测定

对有明显屈服现象的材料,应测定其上、下屈服强度。上、下屈服强度的判定采用以下基本原则:

i. 屈服前的第一个峰值应力为上屈服强度,不管其后的峰值应力比它大或者比它小。

ii. 屈服阶段中如果呈现两个或两个以上的谷值应力,舍去第一个谷值应力不计,取谷值应力中最小者判为下屈服强度。

iii. 屈服阶段中呈现屈服平台,平台应力判为下屈服强度;如呈现多个而且后者高于前者的屈服平台,判第一个平台应力为下屈服强度。

iv. 正确的判定结果应该就是下屈服强度低于上屈服强度。

试验时记录力-位移曲线,从曲线图读取力首次下降前的最大力与不计初始瞬时效应时屈服阶段中的最小力或屈服平台的恒定力,将它们分别除以试样原始横截面积得到上屈服强度与下屈服强度。 上屈服强度:

523045.472 5.821069.97102MAX F Pa Pa S σπ-===⨯≈⎛⎫⨯⨯ ⎪⎝⎭

下屈服强度:

230112.669 1.4429.97102p

F MPa MPa S σπ-===≈⎛⎫⨯⨯ ⎪⎝⎭

(3)试验结果数值的修约

1) 强度性能值修约至1MPa 。

2) 屈服点延伸率修约至0、1%,其她延伸率与断后伸长率修约至

0、5%。

3) 断面收缩率修约至1%。

(二)金属材料冲击试验方法 GB/T 229-2007

(1)原理

将规定几何形状的缺口试样置于试验机两支座之间,缺口背向打击面放置,用摆锤一次打击试样,测定试样的吸收能量。

(2)一般要求

标准尺寸冲击试样长度为55mm,横截面为10mm ×10mm 方形截面。在试样长度中间有V 型或U 型缺口,V 型缺口应有45°夹角,其

深度为2mm,底部曲率半径为0、25mm。U型缺口深度应为2mm或5mm(除非另有规定),底部曲率半径为1mm。

(3)冲击性能的测定

1)冲击性能

旧标准中经常用冲击吸收功与冲击韧度来表示材料冲击性能。冲击吸收功A k:规定形状与尺寸的试样在冲击试验力一次作用下折断时所吸收的功,单位为J。冲击韧度αk:冲击试样缺口底部单位横截面积上的冲击吸收功,单位J/cm2

新标准中用吸收能量K来表示冲击性能,指在冲击试验中,由指针指示出的能量值。

KU=41、0J KV=28、5J

2)剪切断面率

夏比冲击试样的断口表面常用剪切断面率评定。剪切断面率越高,材料韧性越好。大多数夏比冲击试样的断口形貌为剪切与解理断裂的混合状态。通常使用以下方法测定剪切断面率:测量断口解理断裂部分(即“闪亮”部分)的长度与宽度,查剪切断面率百分比表确定剪切断面率。

图2 冲击试样剪切断面示意图

图中:1—剪切面积;2—缺口;3—解理面积

注:测量A与B的平均尺寸应精确至0、5mm

U型:A=8、0mm B=6、0mm 剪切断面率40%

V型:A=8、5mm B=6、0mm 剪切断面率36%

(4)实验结果修约

读取每个试样的冲击吸收能量,应至少估读到0、5J或0、5个标度单位(取两者之间较小值)。试验结果至少应保留两位有效数字。

(三)金属材料扭转试验方法GB/T 10128-2007

(1)原理

对试样施加扭矩,测量扭矩及其相应的扭角,一般扭至断裂,以便测定本标准定义的一项或几项扭转力学性能。

(2)试样尺寸测量

圆柱形试样应在标距两端及中间处两个相互垂直的方向上各测一次直径,并取其算术平均值,取用3处测得直径的算术平均值计算试样的极惯性矩;取用3处测得直径的算术平均值中的最小值计算试样