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1、力学检验基础知识,概 述,金属材料具有各种不同的使用性能，在工业生产中得到广泛的应用。 金属材料的力学性能是指材料在外加载荷（外力或能量）作用下或载荷与环境因素（温度、介质和加载速率）联合作用下所表现的行为。最常用、最基本的力学性能试验方法是拉伸试验、冲击试验和弯曲试验。,第1章 金属拉伸试验,拉伸试验是材料力学性能中最常见最典型的试验方法。试验中的弹性变形、塑形变形、断裂等阶段真实地反映了材料抵抗外力作用的全过程。它可以测定金属材料的弹性、塑形、强度、韧性及硬化指数等许多重要性能指标，其中屈服强度、抗拉强度、断后伸长率是评定金属材料及加工工艺的重要参数。,外力去除后，能恢复的变形称为弹性变形
2、，不能恢复的为塑形变形,外力作用下抵抗永久变形和断裂的能力称为强度 ,是由应力值来量化表示的,材料变形的能力,材料在弹性变形、塑形变形、断裂过程中吸收能量的能力,应力与应变,拉伸力与试样原始截面积的比值被定义为工程应力，即：拉伸时试样长度方向特定标距下的伸长量与原始标距的比值定义为应变，即：,所谓的屈服强度和抗拉强度就是一个应力值,各种拉伸曲线,高强钢：没有明显屈服如JB700 JB800,低碳钢、低合金钢,拉伸过程不稳定材料：材料内部杂质或夹头打滑造成,没有颈缩，在均匀变形过程中断裂，如铝,拉伸曲线,弹性变行阶段ocoa符合虎克定律，即应力和应变成线性关系。保持直线关系的最大应力称为比例极限
3、。ab段应力和应变不完全成正比，但变形仍是弹性的。超过b点后，出现微量的塑性变形。开始产生微量塑性变形的应力称为弹性极限。,认识弹性段的一个目的在于找到正确的弹性断起始点，以便准确的找到规定非比例强度，Rp0.2,拉伸曲线,屈服阶段cd超过弹性极限，有的材料在塑性变形的初期产生明显的塑性流动。即力不增加、增加很小或略有下降的情况下变形大量产生，拉伸图上出现平台或锯齿形，试样表向出现滑移带，这种现象叫做屈服。屈服阶段的最小应力称为屈服应力,拉伸曲线,均匀变形阶段 （de段）屈服后继续变形，必须不断增加载荷。此阶段的塑性变形是均匀的，称为均匀变形阶段。这种随塑性变形增大，变形抗力不断增加的现象称为
4、应变硬化，也叫做加工硬化。当载荷达到最高点e时，所对应的应力称为强度极限或抗拉强度,拉伸曲线,断裂阶段ef当载荷达到最高点后，试样的一部分截面开始急剧缩小，出现了“缩颈”现象，载荷下降，变形增大直至断裂。变形主要集中在缩颈附近，称为局部变形阶段。,测量原始横截面积,圆形横截面面积,矩形横截面面积,宽厚都取最小值,强度指标的测定,屈服强度: 对有明显屈服现象的材料，应测定其上、下屈服强度；无明显屈服现象的材料，按要求（一般为0.2%）测定规定非比例延伸强度或规定残余延伸强度。,材料的实际使用极限,应区分上下屈服一般选用下屈服点作为标准值，因为下屈服点是一个稳定屈服过程 ，但包括船板在内的一些钢种
5、已经以上屈服为标准,规定非比例延伸强度,在曲线上，作一条与曲线的弹性直线段部分平行的直线，在延伸轴上，此直线与弹性直线段的距离为OC。做出的直线与曲线的交截点即为所求的规定非比例延伸强度的力值 ，将它除以试样的原始截面积,就得到规定的非比例延伸强度如 Rp0.2 。,抗拉强度,从拉伸图上找出试验过程中的最大力值（对于有屈服的材料屈服阶段之前不计），如图所示；或是得出最大力后将其除以试样截面积即得到抗拉强度。,塑性指标的测定,断面收缩率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。对于圆形横截面试样，在颈缩最小处相互垂直的方向测量直径，取其算数平均值计算最小横截面积；对于矩形横截面试样
6、，测量颈缩处的最大宽度和最小厚度，两者乘积为断后最小横截面积。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得到的百分比即为断面收缩率。,断后伸长率,K值 国标规定只有断在原始标距1/3以内才有效，但断后伸长率附和规定值要求的不管断在何处都有效。,通常K取5.65称为短比例试样，K取11.3为长比例试样,断后伸长率,移法位,本质就是把长断样部分的伸长，等效到短断样一端,最大力总伸长率和最大力非比例延伸率,在力-延伸曲线图上测定最大力时的总延伸，见图所示，将总延伸除以引伸计标距即得到最大力总伸长率。从最大力总延伸中扣除弹性延伸部分，即得到最大力时的非比例延伸率，将其除以引伸计标距就得到最大力
7、非比例伸长率。,钢筋最大力总延伸率的测定方法,数据修约,数据的进舍规则可概括为“四舍六入五单双”。具体说明如下：8.1 在拟舍弃的数字中，若左边第一个数字小于5（不包括5）时，则舍去，即所拟保留的末位数字不变。 例如，将13.346修约到保留一位小数，得13.3。8.2 在拟舍弃的数字中，若左边第一个数字大于5(不包括5)时，则进1，即拟保留的末位数字加1。 例如，将52.463修约到只保留一位小数，得52.5。8.3 在拟舍弃的数字中，若左边第一个数字等于5，其右边的数字并非全部为零时，则进1，即所拟保留的末位数字加1。 例如，将2.1502修约到只保留一位小数，得2.2。,8.4 在拟舍弃
8、的数字中，若左边第一个数字等于5，其右边无数字或数字都是零时，所拟保留的末位数字若为奇数则进1，若为偶数（包括0）则舍弃。 例如，将下列数字修约到只保留一位小数。 修约前 0.45 0.750 2.0500 3.15 修约后 0.4 0.8 2.0 3.28.5 所拟舍弃的数字若为两位数字以上时，不得连续进行多次修约，应根据所拟舍弃数字中左边第一个数字的大小，按上述规则一次修约处结果。 例如，将17.4548修约成整数。 正确的做法是：17.454817 不正确的做法是： 17.454817.45517.4617.518,对于非整数单位修约，例如，伸长率为26.25%和25.75%，修约后都是
9、26.0%,影响拉伸试验结果的主要因素,试样形状尺寸及表面粗糙度的影响 上屈服受形状影响较大，板材的伸长率比圆棒试样小 试样装夹的影响 易产生弯曲力，一般使结果偏大 试验速度的影响 试验速度对弹性影响不大，对屈服提高多，对强度提高少，提高屈强比,济钢技术监督处中心物理室,第2章 金属夏比冲击试验,金属材料在使用过程中除要求有足够的强度和塑形外，还要求有足够的韧性。所谓韧性，就是材料在弹性变形、塑形变形、断裂过程中吸收能量的能力。韧性好的材料在服役条件下不至于突然发生脆性断裂，从而使安全得到保证。,济钢技术监督处中心物理室,韧性分为静力韧性、冲击韧性和断裂韧性，其中夏比冲击试验是评价冲击韧性的最
10、常用的实验方法。冲击载荷与静载荷（如拉伸）的主要区别在于加载的速度不同，拉伸速度一般在10的-2次方至10的-4次方（相对变形速度），冲击速度为10的2次方至10的4次方。,济钢技术监督处中心物理室,冲击试验原理,夏比冲击试验是将具有规定形状、尺寸和缺口类型的试样，放在冲击试验机的试样支座，使之处于简支架状态。然后用规定高度的摆锤对试样进行一次性打击。实质就是通过能量转换过程，测量试样在这种冲击下折断时所吸收的功。,济钢技术监督处中心物理室,冲击试样与试验设备,冲击试样的标准试样长度为55mm，横截面为10mm10mm方形截面。在试样中间有V型或U型缺口。如试料不够制备标准尺寸试样，可使用宽度
11、7.5mm、5mm或2.5mm的小尺寸试样。摆锤刀刃半径应为2mm和8mm两种。试样应紧贴试验机砧座，摆刃沿缺口对称面打击试样缺口的背面，试样缺口对称面偏离两砧座间的中点应不大于0.5mm。,济钢技术监督处中心物理室,试验过程,试验前应检查摆锤空打时的空载能耗。当使用液体介质冷却试样时，应连续均匀搅拌介质使温度均匀。介质温度应在规定温度1以内，至少保持5分钟。对试验温度200的试验，试样应在规定温度5以内的高温装置内保持20分钟。当试样不在室温下进行时，试样从高温或低温装置中移出至打断的时间不大于5秒。由于冲击试验结果比较离散，一般对每一种材料试验是试样数量不少于3个。读取每个试样的冲击吸收能
12、量，应至少估读到0.5J。,济钢技术监督处中心物理室,冲击试验值的判定,夏比冲击试验结果，冲击功按一组三个试样算术平均值计算，允许其中一个试样单值低于规定值，但不得低于规定值的70%。当试验结果不符合规定值时，应从同一张批钢板再取三个试样进行复验。初复验结果的六个数值的平均值应不低于规定值，允许其中两个试样低于规定值但低于规定值70%的试样只允许一个。,济钢技术监督处中心物理室,影响冲击性能测定的主要因素,试验环境 温度与冲击试样定位 与材料有关的因素 夹杂，偏析，裂纹，冶金和热加工缺陷 与样品取样和制备有关的因素 纵向试样数值高，缺口加工质量不好性能下 降，试样尺寸 试验机精度,第3章 金属
13、弯曲试验,弯曲试验也是生产上常用的一种方法，主要用来检验材料在受弯曲载荷作用时的抗弯强度以及塑形变形的大小。 弯曲试验和拉伸试验相比，能明显地显示脆性材料或低塑性材料的塑性。 弯曲试验时，试样横截面上的应力应变分布不均，表面的应力应变最大，可以较明显的反映材料的表面缺陷情况，常用来检查钢材的表面质量。,为什么现在弯曲试验的量这么小呢？,完全的脆性材料或表面不好的钢材不会太多，因此只在认证、特殊钢种或弯心较小的情况下应用的多,支辊间距离的选择,如不能直接达到规定的弯曲角度或弯心半径达不到的，应将试样置于两平行压板之间，连续施加压力使其两端进一步弯曲知道达到规定的弯曲角度。试验可以加垫块。,相关国标,GB/T 228-2002 金属材料室温拉伸试验方法GB/T 229-2007 金属材料夏比摆锤冲击试验方法GB/T 232-1999 金属材料弯曲试验方法GB/T 8170-2008 数值修约规则与极限数值的表示和判定,谢谢,
