拉伸试验是金属力学性能试验中较常见的试验,相同的材料通过不同的拉伸试验过程测量结果不一定相同。都有哪些因素在影响拉伸试验呢?
1:取样部位和方法
材料中因成分、组织、机构、缺陷加工变形等分布不均,使得同一批甚至同一产品不同部位出现差异,因此在切取样品时,应严格按照GB/T-228附录中的规定执行。
拉伸试样三维图
2:试验设备
试验设备直接影响结果数据的准确性和真实性,因此实验时必须要保证试验机在检定的有效期内。如图,为WDW-50 万能试验机,设备定期进行校验和送检。
微机控制电子万能试验机
3:试验环境的影响
试验环境主要包括环境温度、夹持器具选择的影响等。
球面支座夹头
4:试验方法的选择
试验方法主要包括夹持方法、拉伸速率,拉伸横截面积以及式样尺寸的测量方法,在选择测量式样的尺寸时,宜选用外径千分尺、游标卡尺或矩形样用游标卡尺。
此外,由于主观因素和操作技巧的不同,也会对测量结果带来误差。因此,检验人员应通过严格的培训并按照GB/T 228 标准的方法进行试验。
5:一些基础性问题
对于大多数金属材料,在弹性变形区域,应力与应变成比例,当继续增加应力或应变时,在某一点上,应变将不再与施加的应力成比例。
在这一点上,与邻接的初始原子间的键合开始破裂并用一组新的原子进行改造。当这种情况发生时,应力被卸除后材料将不再恢复到原来的状态,即变形是永久的和不可恢复的。这时材料进入塑性变形区(图1)。
图1 塑性变形示意图
实际上,很难确定材料从弹性区转变为塑性区的确切点。如图2,绘制了应变为0.002的平行线。用该线截断应力-应变曲线,将屈服的应力确定为屈服强度。屈服强度等于发生明显塑性变形的应力。大多数材料并不均匀,也不是完美的理想材料,材料的屈服是一个过程,通常伴随着加工硬化,所以不是一个具体的点。
图2 应力-应变曲线
对于多数金属材料应力-应变曲线看起来类似于图3所示曲线。当加载开始以后,应力从零开始增加,应变线性增加,直到材料发生屈服以后,曲线开始偏离线性。
继续增加应力,曲线达到较大值。较大值对应抗拉强度,这是曲线的较大应力值,由图中的M表示。断裂点是材料较终断裂的点,由图中的F表示。
图3 工程应力-应变曲线示意图
典型的应力-应变测试装置、测试样品几何形状如图4所示。在拉伸试验期间,样品被缓慢拉动,同时记录长度和施加力的变化,记录力-位移曲线,利用样品原始长度、标距长度和截面积等信息可以绘制应力-应变曲线。
图4 应力-应变测试
对于可以发生拉伸塑性变形的材料,较常用的有两类曲线:工程应力-工程应变曲线和真应力-真应变曲线。它们的区别在于计算应力时采用的面积不同,前者用样品的初始面积,后者用拉伸过程中的实时横截面积。因此,在应力-应变曲线上,真应力一般比工程应力高。
图5 典型的拉伸曲线示意图
图6 多种真实金属材料的真应力真应变曲线
较常见的拉伸曲线有两种:其一,有明显屈服点的拉伸曲线;其二,无明显屈服点的拉伸曲线。屈服点代表金属对起始塑性变形的抗力。这是工程技术上较为重要的力学性能指标之一。
图7 典型拉伸曲线,带有形变硬化
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