金属常规力学指标测试.docx

Hessen was revised in January 2021
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分（即“闪亮”部分）的长度和宽度，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和B的平均尺寸应精确至
U型：A= B= 剪切断面率40%
V型：A= B= 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，应至少估读到或个标度单位（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的截面系数。
表2 拉伸实验基本数据
直径测量值
直径平均值
标距修约
横截面积
50mm
（3）扭转性能测定
利用试验机的绘图装置得到M-关系曲线，即扭转图，如下
图3 扭转试验扭矩-转角关系图
确定材料的剪切模量G
在所记录曲线的弹性直线段上，读取扭矩M和相应的扭角
上屈服强度和下屈服强度的测定
在M-曲线中，首次下降的最大扭矩为上屈服扭矩，屈服阶段中不计初始瞬时效应的最小扭矩为下屈服扭矩。
上屈服强度
下屈服强度
抗扭强度的测定

（4）测得性能数字的求约
扭转性能
范围
修约到
G/（N/mm2）
——
100
（N/mm2）
200
1
＞200-1000
5
＞1000
10
2、断口形貌图

图4 Q235拉伸破坏断口形貌图 图5 Q235扭转破坏断口形貌图

图6 V型与U型冲击破坏断口形貌图（左V右U）
3、断口形貌分析
金属材料受到外力作用后,其内部受胁能量升高,此时,通过塑性变形来松弛降低能量。当金属不能继续塑性变形时,若再增加应力,它便以断裂的形式彻底松弛。
零件断裂后的自然表面称为断口,其结构与外貌记录了断裂前裂纹的发生、扩展和断裂瞬间的信息。按断口的形状分为杯锥状断口和剪切滑移型断口两种。拉伸韧性断裂的过程有:微孔形核、长大和聚合三个阶段。光滑试样在拉应力作用下,局部出现“颈缩在颈缩区形成三向拉应力状态且心部轴向应力最大，致使试样心部的夹杂物或第二相粒子破裂,形成微孔;随着应力的增大,微孔在纵向与横向不断增加和长大,聚合成微裂纹,方向垂直于拉应力方向，最后，裂纹沿剪切面扩展到试件表面，剪切面方向与拉伸轴线近似成45度。
断口上呈现三个区域：纤维区，放射区及剪切唇。 裂纹起源于纤维区，经过快速扩展形成放射区，当裂纹扩展到表面时形成了属于韧性断裂的剪切唇，最后形成杯锥状端口。
纤维区位于断裂的起始处，在断口中央，与主应力垂直，断口上有显微孔洞形成的锯齿状形貌。其底部的晶粒像纤维一样被拉长。纤维区是裂纹缓慢扩展的标志，放射区是裂纹快速扩展的表征，放射区有放射花样，按其形貌可分为放射纤维和放射剪切两种，每根放射花样即为放射元，其放射方向与裂纹扩展方向一致。剪切唇与放射区相毗邻，表面光滑，与拉应力方向成45度角，形状如杯，是典型的剪切断裂。这三个区所占整个断面的比例，随着加载速度，温度及构件的尺寸而变化。当加载速度降低，温度升高，构件尺寸变小时，都会使纤维区和剪切唇区增大。加载速度增大，放射区增大，塑性变形程度减小。构件截面增大时，由于结构上的缺陷几率增多，使得强度降低，塑性指标也降低。
4、按照材料标准，对所测结果进行判定。
四、思考题
1、金属拉伸性能指标在工程中如何应用
答案：拉伸性能指标包括：断后伸长率、断裂总伸长率、最大力总伸长率、最大力非比例伸长率、上屈服强度、下屈服强度、规定非比例延伸强度、规定总延伸强度、抗拉强度、断面收缩率、拉伸杨氏模量、弦线模量、切线模量、泊松比。
其中，断后延伸率和断面收缩率表征材料的延性，伸长率和收缩率越大，表示材料的延性越好。一般来说，延性越好的材料越有利于受力，安全储备越大。屈服强度不仅具有直接使用的意义，在工程上，也是材料的某些力学行为和工艺性能的大致度量。例如，应力腐蚀和氢脆就敏感；材料屈服强度