拉伸試驗(yàn)機(jī)械技術(shù)

1、.拉伸試驗(yàn)材料二 第四組 b91507044 孫啟元一 原理拉伸試驗(yàn)是用來測(cè)試材料在靜止?fàn)顟B(tài)承受荷重或受到緩慢增加負(fù)荷時(shí)的抵抗能力,將試桿的兩端夾持于試驗(yàn)機(jī)之上下夾頭中,加荷重于試桿,則試桿會(huì)逐漸伸長(zhǎng)繼續(xù)慢慢增加荷重,而把對(duì)應(yīng)每一荷重的伸長(zhǎng)紀(jì)錄下來,可得荷重-伸長(zhǎng)曲線圖,而伸長(zhǎng)的比例即變形的比例稱為工程應(yīng)變;試片經(jīng)拉伸后,以應(yīng)力為y軸,應(yīng)變?yōu)閤軸,可以畫出應(yīng)力-應(yīng)變曲線圖(如下圖(a)(b),進(jìn)而得之各材料的降伏強(qiáng)度拉伸強(qiáng)度伸長(zhǎng)收縮等 × 破斷降伏點(diǎn)maxyield應(yīng)力E：彈性限P：比例限EP應(yīng)變(a)具有明顯降伏強(qiáng)度。× 破斷0.2%降伏強(qiáng)度maxyield應(yīng)力應(yīng)變0.2

2、%(b)不具有明顯降伏強(qiáng)度，訂定從應(yīng)變軸上0.2%位置畫一平行比例線之直線與曲線相交於一點(diǎn)，該點(diǎn)即為0.2%截距降伏強(qiáng)度點(diǎn)。開始頸縮1. 比例限與彈性限:如上圖(a),當(dāng)外加應(yīng)力不超過P點(diǎn)時(shí),其應(yīng)力()與應(yīng)變()成直線比例關(guān)系,即滿足Hookes Law:=E斜率即為楊氏系數(shù)E;P稱之為比例限,E稱之為彈性限,當(dāng)外加應(yīng)力超過P時(shí),應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系不再呈直線,但變形仍屬?gòu)椥?直到應(yīng)力超過E之后,該材料已經(jīng)塑性變形,此時(shí)若將外力釋放,材料將不再回復(fù)原來形狀一般而言,金屬與陶瓷材料之P與E大致相同2. 降伏點(diǎn)與降伏強(qiáng)度:有些材料具有明顯的降伏現(xiàn)象,有些則否;如上圖所示:當(dāng)應(yīng)力超過E后,如果繼續(xù)對(duì)試片施

3、加荷重,當(dāng)達(dá)到某一值時(shí),應(yīng)力突然下降,此時(shí)應(yīng)力稱之為降伏強(qiáng)度,定義為: yield=但是,對(duì)于大部分金屬(如鋁銅等)并不具有明顯的降伏現(xiàn)象,因此我們訂定0.2%截距降伏強(qiáng)度表示之此點(diǎn)之訂定方法為:從應(yīng)變軸上之0.2%之位置畫一平行比例線之直線,此線與-曲線相交于一點(diǎn),該點(diǎn)之應(yīng)力即為0.2%截距降伏強(qiáng)度3. 最大抗拉強(qiáng)度與破斷強(qiáng)度:材料經(jīng)過降伏強(qiáng)度現(xiàn)象之后,若繼續(xù)施予應(yīng)力,此時(shí)產(chǎn)生加工硬化現(xiàn)象,材料抗拉強(qiáng)度隨外加應(yīng)力的增加而逐漸升高當(dāng)達(dá)到最高點(diǎn)時(shí)該應(yīng)力稱為材料之最大抗拉強(qiáng)度(UTS),定義為: UTS=對(duì)脆性材料來說,UTS為重要的機(jī)械性質(zhì);但對(duì)于延性材料而言,UTS則不常用于工業(yè)設(shè)計(jì),因?yàn)樵诘?/p>

4、達(dá)此值之前,材料已經(jīng)產(chǎn)生很大的塑性變形材料經(jīng)過UTS之后,開始由局部變形產(chǎn)生頸縮現(xiàn)象(Necking),之后應(yīng)變所需的應(yīng)力逐漸減少,伸長(zhǎng)部份也集中于頸縮區(qū)直到產(chǎn)生破斷,此時(shí)應(yīng)力稱為該材料之破斷強(qiáng)度,定義為:f=4. 延性:材料之延性可以伸長(zhǎng)率來表示:伸長(zhǎng)率=×100%其中L0­與L1分別為材料試驗(yàn)前后之長(zhǎng)度另外,延性也可用斷面縮率來表示:斷面縮率=×100%其中A0­與Af分別為材料試驗(yàn)前后之截面積若頸縮部分(即破斷面部分)不在標(biāo)距中央三分之一范圍內(nèi),則應(yīng)該用八等分法或十等分法來修正其數(shù)據(jù)而本次實(shí)驗(yàn)使用的修正方法為后者二 材料與設(shè)備材料:低碳鋼灰鑄鐵鋁合

5、金銅合金之棒狀材料,拉伸試片的尺寸均有一定的規(guī)格(請(qǐng)參考中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),CNS 2122,G 2014) 設(shè)備:1.油壓式萬能材料試驗(yàn)機(jī) 2.游標(biāo)尺 3.標(biāo)點(diǎn)分割器三 實(shí)驗(yàn)方法1. 使用標(biāo)點(diǎn)分割器或電解蝕刻分割器,將試片分畫兩標(biāo)點(diǎn)并把兩標(biāo)點(diǎn)間之距離十等分(試片上再以立可白畫之,始能清楚觀測(cè)畫線)2. 使用游標(biāo)尺量測(cè)試片兩標(biāo)點(diǎn)之正確長(zhǎng)度作為標(biāo)距長(zhǎng),并測(cè)量其截面積3. 由試片之直徑材質(zhì)等推斷大概之強(qiáng)度而選定試驗(yàn)機(jī)之適當(dāng)荷重4. 將拉力-伸長(zhǎng)量曲線紙裝上儀器5. 將試桿裝上萬能試驗(yàn)機(jī),選用適當(dāng)?shù)膴A頭,先將試桿上端夾緊,再移動(dòng)下夾頭座,將試桿下端夾緊6. 如配有伸長(zhǎng)計(jì),則將之夾緊在試桿的平行部位,并將電

6、路線連接到紀(jì)錄儀上,如沒有伸長(zhǎng)計(jì)可用,可將夾頭座移動(dòng)的放大機(jī)構(gòu)連接上7. 將負(fù)荷刻度盤上的被動(dòng)指針歸零8. 慢慢的調(diào)節(jié)油壓閥,以增加拉伸負(fù)荷9. 由指針讀出降伏強(qiáng)度(指針第一次停止或回降時(shí)的荷重),并由固定指針讀得最大荷重(固定指針為紅色)10. 試片破斷時(shí),讀取破斷荷重,并將油壓關(guān)閉,停止加荷重11. 取下試片,并攏后量取其標(biāo)點(diǎn)距離四 結(jié)果與討論實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù):鋁合金與銅合金并沒有降伏點(diǎn),其降伏強(qiáng)度是在荷重伸長(zhǎng)量曲線圖中,以橫距法求得(伸長(zhǎng)率取0.2%)材 料 種 類低碳鋼灰鑄鐵鋁合金銅合金直徑試驗(yàn)前D0 (mm)12.5012.4012.7012.40試驗(yàn)后Df (mm)8.5510.006.2

7、5斷面積試驗(yàn)前A0 (mm2)122.72120.76126.68120.76試驗(yàn)后Af (mm2)57.3978.530.66標(biāo)點(diǎn)距離試驗(yàn)前L0 (mm)51.0050.7551.90試驗(yàn)后Lf (mm)66.5059.1556.40降伏點(diǎn)荷重Py (kg)506536753350降伏強(qiáng)度y (kg/mm2)41.2729.0127.74最大荷重點(diǎn)荷重Pu (kg)7280453540873512抗拉強(qiáng)度u (kg/mm2)59.3237.5532.2629.08伸長(zhǎng)量(mm)15.503.054.50伸長(zhǎng)率30.39%6.01%8.67%斷面縮率53.24%38.03%74.61%斷 口

8、之 位 置5102.5斷 口 之 形 狀(1) 畫出應(yīng)力-應(yīng)變曲線,指出彈性限或比例限,0.2%降伏強(qiáng)度,最大拉伸應(yīng)力及破斷強(qiáng)度見附圖(2) 對(duì)各試片之?dāng)嗝孀屑?xì)觀察描繪,并加以討論鑄鐵的斷面相當(dāng)?shù)钠秸?整根試條也幾乎未有頸縮的情形,棒緣與斷面呈90度角很明顯的是頗為brittle的材料 而其它三種材料:低碳鋼和銅合金以及鋁合金均有出現(xiàn)頸縮現(xiàn)象,斷面也并不平整,其呈一杯錐狀 (cup-and-cone),也就是,斷面周圍呈一種”被拉長(zhǎng)”的狀態(tài),而斷面中間則有下凹的情形,而這種情形最明顯的則是黃銅,而低碳鋼的斷面中間較為平整 總之,由這三種材料的種種特征,均可視為ductile材料(3) 由試桿斷

9、口的狀況可否判斷材料的延脆性?可以的,如前所述,脆性材料的斷面多半平整未變形,而延性材料的斷面多半邊圓會(huì)有頗明顯的拉扯&頸縮變形的情況,斷面中間處也多半不甚平整,凹凹突突的(4) 比較所做材料之應(yīng)力-應(yīng)變曲線 鋁合金和銅合金的應(yīng)力-應(yīng)變曲線長(zhǎng)得較為類似,首先,隨著應(yīng)變的增加,應(yīng)力也逐漸增加,兩者呈一線性關(guān)系差不多到了比例限之后,斜率逐漸變小,到了彈性限之后,斜率減小的速度越來越快,不過大約在0.2%降伏強(qiáng)度左右的地方,斜率不再繼續(xù)變小,而維持一定值,不過這時(shí)兩種材料的這個(gè)”定值”就不大一樣了,銅合金的此時(shí)的斜率約等于0,而鋁合金的斜率則稍大于0然后再過了一定的應(yīng)變量之后,兩試棒均破斷

10、至于低碳鋼的曲線則跟另兩者不大一樣,曲線一開始時(shí)跟另兩者類似,但它的彈性限和比例限以及降伏強(qiáng)度(不是0.2%降伏強(qiáng)度,因其有明顯的降伏點(diǎn))還有最大拉伸應(yīng)力均在同一個(gè)點(diǎn)上,在這個(gè)點(diǎn)之后,整個(gè)曲線斜率驟然變成負(fù)值,但再經(jīng)過一定應(yīng)變量后,斜率又再度變成0左右,再經(jīng)過一定量的應(yīng)變之后破斷五 結(jié)論(實(shí)驗(yàn)心得)去掉灰鑄鐵這個(gè)脆性材料不談的話,在比較低碳鋼以及銅合金和鋁合金三種延性材料時(shí),我們發(fā)覺到低碳鋼在降伏強(qiáng)度以及抗拉強(qiáng)度上均遠(yuǎn)勝另兩種材料,而其抗拉強(qiáng)度也還比灰鑄鐵要高,另外伸長(zhǎng)率也遠(yuǎn)高于其它兩種軔性材料所以,當(dāng)我們需要一個(gè)兼具強(qiáng)度與軔性的材料時(shí),低碳鋼可能會(huì)是個(gè)頗好的選擇至于斷面縮率,則以銅合金最為明顯另外,我們雖然在做該項(xiàng)實(shí)驗(yàn)時(shí),能夠盡量讓斷口位置斷在5的位置,如此一來有利于接下來的一些計(jì)算過程,而不需要使用十等分法來進(jìn)行修正數(shù)據(jù)的工作,不過最后的結(jié)果并不是很滿意,除了低碳鋼順利斷在5的位置外,另外兩個(gè)材料的破斷處均與標(biāo)距中央(即5的位置)有著不小的距離比較可惜的是大家只能對(duì)這些試棒進(jìn)行量測(cè)標(biāo)示以及破斷后的一些計(jì)算步驟,而不能直接使用那臺(tái)油壓式材料試驗(yàn)機(jī),不過可能這項(xiàng)操作較具危險(xiǎn)性,須要較有技術(shù)的操作人員進(jìn)行操作吧,不過仍是我覺得較為可惜的地方六 參考文獻(xiàn)1. William