金属力学性能实验 63
63 金属力学性能实验
实验一拉伸试验 一、 实验目的 1、正确掌握试验方法，要求精确地测出拉伸试验的材料力学性能指标(E、R、 RL、Ro2、Rn、A、Z)。 2、掌握所用试验设备和仪器的操作规程及其选用原则，并一般了解其构造、特 点及其工作原理。 3、通过试验对所得到的材料力学性能指标分析和讨论，加深对课堂内容的理解。 二、实验内容 1、根据国家标准GB/T228一2002《金属材料室温拉伸试验方法》测定碳钢或低 合金钢（不同热处理状态）、灰铸铁、有色金属的E;RH:R;Ro2:Rm； A;Z分析和讨论试验结果 三、 基本概念和测试原理 图1-1为典型的拉伸曲线，通过拉伸实验可以测定以下性能指标。 0 Ob Op 图1-1低碳钢退火态的应力一应变曲线 64
64 实验一 拉伸试验 一、 实验目的 1、正确掌握试验方法，要求精确地测出拉伸试验的材料力学性能指标( E 、ReH 、 ReL 、 Rp0.2、 Rm 、 A、 Z )。 2、掌握所用试验设备和仪器的操作规程及其选用原则，并一般了解其构造、特 点及其工作原理。 3、通过试验对所得到的材料力学性能指标分析和讨论，加深对课堂内容的理解。 二、 实验内容 1、根据国家标准GB/T 228—2002《金属材料室温拉伸试验方法》测定碳钢或低 合金钢(不同热处理状态)、灰铸铁、有色金属的 E ；ReH ；ReL ；Rp0.2； Rm ； A； Z 分析和讨论试验结果 三、 基本概念和测试原理 图1-1为典型的拉伸曲线，通过拉伸实验可以测定以下性能指标。 图1-1低碳钢退火态的应力一应变曲线
1、正弹性模量E 金属材料在弹性范围内其应力。和应变6之间符合虎克定律，即E=。,比 值E即o-ε曲线直线段的斜率g称为材料的正弹性模量，它可以定义为产生 单位弹性应变所需要的应力，由于 E=·_Ao=△F1=AF-l(N/mm2) (1-1) E△E△111。△1·S 式中：S。-试样平行长度部分的原始截面积(mm) 1。--试样原始标距，图解法求E时，1。就相当于引伸计的标距L。(mm) △F--选定的负荷级(N) △1---施加△F时相应的弹性伸长量(mm) 注：1N/mm2=1MPa 图1一2为图解法求E的方法 力 △F △L O 伸长 图1一2图解法求E 图中： △1=自动记录装置(x-函数记录仪)绘出的伸长 伸长或位移放大倍数 △F一自动记录装置(x一y函数记录仪)绘出的长度乘以单位长度所代表的 65
65 1、正弹性模量 E 金属材料在弹性范围内其应力 和应变 之间符合虎克定律，即 E ， 比 值 E 即σ-ε曲线直线段的斜率tg 称为材料的正弹性模量，它可以定义为产生 单位弹性应变所需要的应力，由于 ( ) / / 2 0 0 0 0 N mm l s F l l l F s E (1-1) 式中：S0 ---试样平行长度部分的原始截面积(mm 2) 0 l ---试样原始标距，图解法求 E 时， 0 l 就相当于引伸计的标距Le(mm) F ---选定的负荷级(N) l ---施加F 时相应的弹性伸长量(mm) 注：1N mm 1MPa 2 图1－2为图解法求 E 的方法 图1－2 图解法求E 图中： 伸长或位移放大倍数 自动记录装置(x y函数记录仪)绘出的伸长 l F 一自动记录装置(x－y函数记录仪)绘出的长度乘以单位长度所代表的 O ΔF 伸长 力 ΔL
力值。因此在自动记录装置(x一y函数记录仪)绘出的力伸长曲线的直线段中可任 意截取不同的△1和△F就可根据公式(1-1)求得被测材料的正弹性模量E。 材料正弹性模量E也可以通过增加等级负荷△F,相应测定伸长量△1的方法 来测定，具体测定方法见附录A。 2、规定非比例延伸强度R。 规定非比例延伸强度R。一试样标距部份的非比例延伸达到规定的原始标距 百分比时的应力。 表示规定非比例延伸强度的符号应附加角注说明，例如Rpo01、Roos、Ro2 等，分别表示规定非比例延伸率为0.01%、0.05%和0.2%时的应力。材料的R。 可用图解法和逐级施力法测定。 3、规定非比例延伸强度R,的测定 (1)图解法 用自动记录(x一y函数记录仪)方法绘制力一伸长曲线图时，根据 GB/T228一2002中规定，力轴每毫米所代表的应力，一般应不大于10N/mm,曲线 的高度应使F处于力轴量程的二分之一以上。伸长最大倍数的选择应使图1一3中 的OC段的长度不小于5mm。 力 n.le.E p 伸长 图1-3图解法求R。 66
66 力值。因此在自动记录装置(x—y函数记录仪)绘出的力伸长曲线的直线段中可任 意截取不同的l 和F 就可根据公式(1-1)求得被测材料的正弹性模量 E 。 材料正弹性模量 E 也可以通过增加等级负荷F ，相应测定伸长量l 的方法 来测定，具体测定方法见附录A。 2、规定非比例延伸强度 Rp 规定非比例延伸强度 Rp 一 试样标距部份的非比例延伸达到规定的原始标距 百分比时的应力。 表示规定非比例延伸强度的符号应附加角注说明，例如 Rp0.01、Rp0.05 、Rp0.2 等，分别表示规定非比例延伸率为0.01％、O.05％和O.2％时的应力。材料的 Rp 可用图解法和逐级施力法测定。 3、规定非比例延伸强度 Rp的测定 （1）图解法 用自 动记 录(x —y 函数 记录 仪)方法 绘制 力一 伸长 曲线 图时， 根据 GB/T228—2002中规定，力轴每毫米所代表的应力，一般应不大于10N／mm 2,曲线 的高度应使Fp处于力轴量程的二分之一以上。伸长最大倍数的选择应使图1—3中 的OC 段的长度不小于5mm。 图1-3 图解法求 Rp O 伸长 力 Fp C A n.le.εp
图中：n一伸长或位移放大倍数。 1。一引伸计标距。 ￡。一规定非比例延伸率。 F。一规定非比例延伸力（试验记录或报告中应附以所测力的角注，例如， Fpo01、Fpo05、Fp02。 在（图1一3）曲线图上，自弹性直线段与伸长轴交点0起，截取一相应于规 定非比例延伸的OC段(OC=n·1。·6p),过C点作弹性直线段的平行线CA交 曲线于A点，A点对应的力F,为所测定非比例伸长力，规定规定非比例延伸强度 R,按公式(1-2)计算： F Rp= P(N/mm2) (1-2) S 如曲线无明显弹性直线段，以致难以准确确定相应的规定非比延伸强度R。, 可采用滞后环法和逐步逼近法来确定，详细测定方法参见GB/T228一2002标准。 (2)逐级施力法 逐级施力法：一般对试样施力至约为预期规定非比例伸长应力的10%，然后 装上引伸计。在相当于预期规定非比例延伸（伸长）应力的70%~80%以内施加 大等级力，以后施加小等级力（一般约为20N/mm)。施力时应保证准确读取各级 力值和伸长值。从各级力下的总伸长中减去计算所得的弹性伸长，即为非比例延 伸（伸长）。施力直至得到的非比例延伸（伸长）等于或稍大于规定的数值为止。 用内插法求出精确的力值。规定非比例伸长应力R。,按公式(1-2)计算。举例见 附录B。 对无明显弹性直线段的金属材料，不采用逐级施力法，应采用滞后环法和逐 步逼近法测定R。 4、屈服强度（物理屈服点简称屈服点）R。 屈服强度（屈服点）R：呈现屈服现象的金属材料，试样在拉伸试验过程 67
67 图中：n 一伸长或位移放大倍数。 el 一引伸计标距 。 p 一规定非比例延伸率。 Fp 一规定非比例延伸力(试验记录或报告中应附以所测力的角注,例如， Fp0.01、 Fp0.05、 Fp0.2 。 在(图1—3)曲线图上，自弹性直线段与伸长轴交点O起，截取一相应于规 定非比例延伸的OC 段(OC ＝n· el · p )，过C点作弹性直线段的平行线CA交 曲线于A点，A点对应的力 Fp 为所测定非比例伸长力，规定规定非比例延伸强度 Rp按公式(1-2)计算： ( ) 2 0 N mm S F R p p （1-2） 如曲线无明显弹性直线段，以致难以准确确定相应的规定非比延伸强度 Rp， 可采用滞后环法和逐步逼近法来确定,详细测定方法参见GB/T 228一2002标准。 (2)逐级施力法 逐级施力法：一般对试样施力至约为预期规定非比例伸长应力的10％，然后 装上引伸计。在相当于预期规定非比例延伸（伸长）应力的70％～80％以内施加 大等级力，以后施加小等级力(一般约为20N／mm 2)。施力时应保证准确读取各级 力值和伸长值。从各级力下的总伸长中减去计算所得的弹性伸长，即为非比例延 伸（伸长）。施力直至得到的非比例延伸（伸长）等于或稍大于规定的数值为止。 用内插法求出精确的力值。规定非比例伸长应力 Rp ，按公式(1-2)计算。举例见 附录B。 对无明显弹性直线段的金属材料，不采用逐级施力法，应采用滞后环法和逐 步逼近法测定 Rp 。 4、屈服强度（物理屈服点简称屈服点） Re 屈服强度（屈服点）Re ：呈现屈服现象的金属材料，试样在拉伸试验过程