2 第二章 材料性能检验 1.doc

第二章 材料性能检验 ? 机械或工程结构的每个组成部分通常称为构件。构件或材料的力学性能是指它们在 规定的条件下具有抵抗外力作用而不超过允许变形或不遭受破坏的能力。产品的质量不但与构件或材料的力学性能优劣有关，还与构件或材料的工作状态有关。 ? 利用常规力学性能指标的测试方法可以测定材料的强度、硬度和韧性等力学性能指标。 对于一些在循环力作用下工作的构件，还要测定其疲劳寿命，以考核产品的可靠性和耐久性。 ? 某些机械构件由于结构上的要求，构件截面有满足要求的变化(例如键槽、切口、油孔、 螺纹、轴肩等)，或者由于构件表面及拉伸试验通常是在常温、应变速率≤10-1／s的情况下进行的，由于这种应变速率较 低，所以俗称静力拉伸试验。 ? 拉伸试验是力学性能试验最普遍的试验方法，它是采用一定形式的试样(试件)，在拉力 试验机上测定单轴受力下的各项强度和塑性指标。拉伸试验可测定材料的屈服极限σs、强度极限 σ b、伸长率δ和截面收缩率ψ，这是最具有代表性的材料力学性能的四个指标，它是材料固有的基本属性和工程机械设计中的重要依据。 2．试样 常用的拉伸试验试样分为比例试样和非比例试样两种。比例试样是按公式 计算而得到的试样尺寸，式中L0为标距长度， A0为式样原始截面积， K为系数，通常为 5.65和11.3, 前者为短式样，后者为长式样。 金属材料的比例试样分为圆形和矩形两种，它们的中间均为较细的等直径部分， 两端较粗。在中间等直径部分取长度L0的一段为工作段即标距， 如图2-1所示 (b)有机玻璃试样 对于圆形试样，标距L0与横截面直径d之间的关系为 L0=5d，L0=10d 对于矩形试样标距L0与横截面面积A0之间的关系为 高分子材料特别是结构材料的试样为哑铃形状，如图2一l (b)所示。过渡的圆弧半径R等于70～100 mm，工作段(平直部分)约为50 mm。 3. 材料试验机 材料试验机是用来对各种金属和非金属材料进行拉伸、压缩、弯曲、扭转、剪切、冲击以及疲劳等试验，以确定其各种机械性能的机器。 材料试验机一般由五部分组成，它包括机身、加力机构、测力机构、伸长记录装置和夹持机构。其中加力机构和测力机构是试验机的关键部位，这两部分的灵敏度和精度的高低能正确反映试验机质量的优劣。 材料试验机的工作原理主要有两类，一是利用杠杆平衡原理测力的杠杆式和摆锤式；另 一类是利用弹性变形测力的弹簧式、压力表式、扭力棒式和电子式。检验工作中常用杠杆摆式万能试验机或液压万能试验机，其示意图如图2-2所示。 幻灯片8 轴向拉伸或压缩时横截面上的 材料试验机上常用的试验装置和仪器有：伸长仪、应变放大器和x-y记录仪等。按试验要求达到的精度和测试性能指标的不同，适当选择不同类型和规格的试验辅助装置和仪器与主机配套使用，以达到满意的试验结果。 4. 试验程序 (1)用游标卡尺测量试样标距两端和中间三个截面处的尺寸。对于圆形试，在每一横截面内沿互相垂直的两个直径方向各测量1次取平均值。用测得的3个平均值中最小的值作为试样的横截面面积A。 (2)从手册中查得材料强度极限σb，利用测得的横截面积A。估算试验中要施加的最大试验力，并由此选择合适的测力度盘。调整测力指针，对准“零”点，并使随动指针与之靠拢，同时调整好自动绘图器。 (3)将试样安装在试验机的夹头内，开启试验机，预加少量试验力后卸载回“零”，以检验试验机是否能正常工作。 (4)开启试验机进行缓慢匀速加力。注意观察测力指针的转动和自动绘图情况以及有关的试验现象。当测力指针不动或倒退时，说明材料开始屈服，记录屈服试验力F。试样拉断后停机，由随动指针读出最大试验力F。并记录下来。 (5)取下试样，将断成两段的试样的断口对齐并尽量靠紧，用游标卡尺测量拉断后的标距长度L1，测量颈缩处的直径d1。测量直径的方法和最初的测量方法相同，计算断口处的最小横截面面积A1。 5. 试验结果与分析 (1)屈服极限σs和强度极限σb的计算 根据试验记录的屈服试验力Fs、最大试验力Fb和试样的原始横截面面积A，计算屈服极限σs和强度极限σb ,计算公式为 (2)延伸率δ和截面收缩率ψ的计算 根据试样断裂前、后标距长度和颈缩处的横截面面积计算延伸率δ和截面收缩率ψ，计算公式为 (3)试验曲线的分析 低碳钢是工程中使用最广的钢材，这种金属材料在拉伸试验中表现出来的力学性能最为典型。现以低碳钢的试验曲线为例简要分析其力学性能。 图2-3(a)是试验中记录的力-位移曲线(F-△l曲线)。为了消除试样尺寸的影响，拉力F除以试样的初始截面面积A0得到试样横截面上的正应力σ，σ=F/A0 ；伸长量△l除以标距原始长度l0得到试样在工作段 其中，σ表示应力；ΔFj 表示在j 方向的施力；ΔAi 表示在J方向