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拉伸试验步骤及相关计算

拉伸试验是指在承受轴向拉伸载荷下测定材料特性的试验方法。利用拉伸试验得到的数据可以确定材料的弹性极限、伸长率、弹性模量、比例极限、面积缩减量、拉伸强度、屈服点、屈服强度和其它拉伸性能指标。


1、金属抗拉性能相关指标

常温下金属抗拉性能通常包括抗拉强度、屈服强度又称屈服点或规定屈服强度、伸长率和断面收缩率四个指标。前二者称为强度指标,后二者称为塑性指标。




所谓强度系指试样受轴向拉伸负荷过程中任一瞬间,金属抵抗变形或破断的能力,一般以原单位横截面积上所受的力表示。而塑性则为试样经拉伸到破断后,以百分数表示的标距的伸长率和断裂处原横截面积的缩减率。


2、拉伸试验步骤


1)准备试件。对相同大小规格形状的普碳钢和铝合金试样分别进行拉伸试验。用刻度机在原始标距范围内刻划圆周线。将标距内分为等长的10格。测量得到其原始直径为10mm,原始标距长度为100mm。


2)调整试验机。手动控制上夹头至合适的夹持位置。选择合适的测力度盘。开动试验机,使工作台上升10mm左右,以消除工作台系统自重的影响。调整主动指针对准零点,从动指针与主动指针靠拢,调整好自动绘图装置。


3)装夹试件。先将试件装夹在上夹头内,再将下夹头移动到合适的夹持位置,最后夹紧试件下端。(铝合金材料无显著屈服现象需转载电子引伸计)


4)检查与试车。检查以上步骤完成情况。开动试验机,预加少量载荷(载荷对应的应力不能超过材料的比例极限),然后卸载到零,以检查试验机工作是否正常。


5)进行试验。开动试验机,缓慢而均匀地加载,仔细观察测力指针转动和绘图装置绘出图的情况。注意捕捉屈服荷载值,将其记录下来用以计算屈服点应力值。屈服阶段注意观察滑移现象。过了屈服阶段,加载速度可以快些。将要达到最大值时,注意观察“缩颈”现象。试件断后立即停车,记录最大荷载值。(铝合金试样无明显屈服现象)


6)取下试件和记录纸。

7)用游标卡尺测量断后标距。

8)用游标卡尺测量缩颈处最小直径


3、金属材料拉伸过程中的四个阶段


试验最终得到的拉伸曲线,实际上是载荷-伸长曲线,在这个曲线中有四个阶段:弹性阶段、屈服阶段、强化阶段、颈缩阶段。



1)弹性阶段: 随着荷载的增加,应变随应力成正比增加。如卸去荷载,试件将恢复原状,表现为弹性变形,此阶段内可以测定材料的弹性模量E。


2)屈服阶段: 普碳钢:超过弹性阶段后,载荷几乎不变,只是在某一小范围内上下波动,试样的伸长量急剧地增加,这种现象称为屈服。如果略去这种荷载读数的微小波动不计,这一阶段在拉伸图上可用水平线段来表示。塑性变形是突然开始且载荷数会突然下降,如果全部卸除荷载试样将不会恢复原长表现为永久形变。而对于铝合金来说,弹性区域的结束点并非伴随着载荷的突然下降或其他明显的变化从弹性阶段到塑性阶段是一条平滑渐变的曲线。

3)强化阶段:试样经过屈服阶段后,曲线呈现上升趋势,由于材料在塑性变形过程中不断强化,材料的抗变形能力有增强了,这种现象称为应变硬化。若在此阶段卸载载荷到零时,变形并未完全消失,应力减小至零时残留的应变称为塑性应变或残余应变。


4)颈缩阶段和断裂阶段,试样伸长到一定程度后,荷载读数反而逐渐降低。


4、相关计算


对于屈服现象明显的材料:

上屈服强度ReH= FeH/S0 (S0表示原始横截面面积、FeH表示上屈服点对应的轴向力)

下屈服强度ReL = FeL/S0 (S0表示原始横截面面积、FeL表示下屈服点对应的轴向力)

抗拉强度Rm=Fmax/ S0   (Fmax是指最大轴向力)

对于屈服现象不明显的材料,规定以产生0.2%残余变形的应力值为其屈服极限,称为条件屈服极限或屈服强度。大于此极限的外力作用,将会使零件永久失效,无法恢复。



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