力学性能试验

力学性能试验

朱永惺南京汽轮电机厂第二章

力学性能试验取样基本知识（）第一节试类型及取原则（）一、取样依据：《钢及产品力学能试验取样位置及试验制备》二、取样原则：1、取样对力性能试验结果的影响；三要素：取样部位1）加工过程变形量各处不均匀2）材料内部种缺陷分布和金属组织不匀

取样方向：材料在加工过程中金属是沿晶粒加工变形方向流动，晶粒被拉长并排成行，夹杂也沿主加变形方向排列，因此材料能各向异性。例如：纵向试样（试样纵向轴线主加工方向平行）和横向样（试样纵向轴线与主加工方向直）有较大差异：薄板材向试样抗拉强度，下屈服强度都高于向试样，断面收缩率更是远大于横向试样。取样数量：1）些力学性能指标对试验条件和材本身的特十分敏感，单个试样结果不足以为信，采用最小的取样数量；2）试验结果分散性及经济素

2、样品的代性；一般性规定：2975-1998专门的规定：产品材料标准和协议：①材料的均性能；②取样方向；一般取其最危险、最薄弱的部位因为最薄弱、最危险处的力学性能决定了产品的性能；此受力状态与零部件的受力态相一致；三、力学性能试验的试样取样类：1、从原材料直接取样：2、从产品（构或零部件）的一定部位取样；3、把实物作样品。四、样坯切取方法：无论用什麽法都应遵循以下原则：（）应外观及尺合格的材上取样，试料有足够的尺寸，

以保证机加工出足够的试样进行定的试验及复验；（）取样时对样坯和试样做出不影其性能的标记，以保证始终能识别取样的位置和方向；（）样的方向应按材料标准规定或双方议执行；（）切取样时，应防止因过热、过冷、工硬化而影响其力学性能及工艺性能。如果过热了怎么办？比如，采火焰切割法取样时，由于材料是在火焰喷嘴下熔化而使样坯从体上分离出来，在熔化区近，材料承受了一个熔化到相变点（3℃）以温度变化区域，这一局的高温将会引起材料性的很大变化，所切割样坯（样坯切割线至试样边缘）必须留足够的切割余量。这一余量的规定为：一般应不小于钢材的厚度或径，但最小不得少于对厚度或直径大于的钢切割余量可据供需双方协议适当

减少。如果过冷了怎么办？比如，采冷剪法切取样坯时，冷剪边缘会产生塑性变形，厚度或直径越，塑性变形的范围也越大所以切割样坯也应留足够的剪余量：表2-1冷剪坯所留加工余量厚度或直径加工量/mm≤44＞

厚度或直径＞10~2010＞20~3515＞20五、试料状态，按材料标准规定取样分为：

1、交状态取样：从品成型和处理完成之后取样，但虽在热处理之前取样，但试料应在交货产品相同的条件下进行热处理。此时如需要矫直试料应在冷状态下进行。2、标状态取样：按品标准或货单规定的生产阶段取样如必须对试料矫直，可在热处理前进行热加工或冷加工，热加工的温度应低于最终热处理度。第二节金属材料样轴线一、问题的提起：1、各向异性2、材料的在加工程中的晶粒流向3、准GB/T20832-2007金属材料试样线相对于产品结构的标识》

X——主要变形方向Y——最小变形方向Z为XY面的垂直方向。二、无缺口试样的标识三、缺口（或预裂纹）试样的标注意：铸件没有晶粒流动方向，在零件图上明确标出试样位置和取向，在试验结果中不做试样取向标识。第三节钢材的取位置要求：1、所取试样止一个或复验时，可在规位置相邻处取样；2、如机加工试验机能力允许，应制备截面或全厚度试样；3、如机加工试验机能力有限，应至少留一个原始表面。

一、型钢（见NB199二、条钢三、钢板四、钢管第四节焊接接头取样力学性能用试样样坯一般都是从门焊接的试板或管接头中切取，也可从结构件上切取。一有三种形式的取样：对冲击试样：1、缺口在焊缝的心线上；2、缺口在熔合线3、缺口在开在热响区

第三章金属材料拉伸试验一、概述：金属力学性能试验方是检测和评定冶金产品质的重要手段。1、拉伸试验三个基本变形阶段：弹性变形、塑性变形和裂。2、拉伸试验条件：单轴（应力状态恒定、温度恒定、静载（应变速率在0.0001~0.01S）13、拉伸试验和其他力学性能指标有关4拉伸试验的依据：GB/T228-2002金属材料室温拉伸试验方法》5、试验温度：在室温0—35℃范围内进行，对温要求严格的试验，试验温度应为23℃±℃。第一节拉伸程中的物理现象及有关术语一、物意义：

1、弹性变形段：1）弹性变形oa特点：伸长与载荷的变化遵从虎定律，正比例线性关系。2）滞弹性变（ab；特点：正比例关系已破坏，是非性阶段，即滞弹性变形，时试样的变形仍然是弹性。2、塑性变形段：1）屈服前微性变形（特点：试样开始出现连续均与的小塑性变形，卸除力后，试样变形不完全消失，不容易与弹性变形区分。2）屈服阶段特点：试样在受拉伸外力的作用生了较大的塑性变形。急剧下降载荷微小范围波动

点是上屈服，FeH点是下屈服，，这就是金属材料从弹性变形过度塑性变形的一个明显标志3）均匀塑性形阶段（；特点：随着变形量的增加材料不被强化，这种现象称为应变硬化。不断上升。4）局部塑性形阶段fg)；特点：某个截面上产生了局部塑变形，截面积快速减小，产生缩颈；3、断裂阶段1）断裂；特点：外力继续增加就断裂；f就是局部颈开始点，其所对应的力Fm试样在拉伸过程中能承受的最大外力。

二、术语：（一）与标距有关的术语：1、平行长度2、试样标距（二）与应力有关的术语1、屈服强度本标准不用，用上、下屈服强度①上屈服强度R②下屈服强度R

==

FeHSoFSo

,（）,（）2、规定延伸度：1）规定非比延伸强度Rp：2）规定总延强度；

F

N/mm（）

LuLu3）规定残余伸强度Rr3、抗拉强度RmN/mm（（三）与伸长或延伸有关的术语1、伸长率（只与试原始标距有关）1）断后伸长率

A：A=×100%;%Lo2）断裂总伸率At：3）最大力的非比例伸长率Ag4）最大力下总伸长率；2、延伸率（与伸计标距Le关）1）非比例延率；2）残余延伸；

3）总延伸率4）屈服点延率；（四）其他术语;1、断面收缩率Z

Su

×100%;%，2、弹性模量E3、泊松比4、应变硬化数5、塑性应变r第二节一、拉伸试样分类：（一）按产品形状分类

金属拉伸试样

产品类型薄板—板线—棒材—材0.1mm厚度＜3mm

试样类型薄板（带试样厚度≥3mm管

直径或边≥4mm直径或边＜4mm材

板材、棒及型材试小直径线、棒材及材试样管材试样（二）按Lo与的关系分类：1、k=So2短比例试样；A但要保证原始标距不小于15mm，否则用长比例试样3、长比例试样A

50504、定标距试样：截面较的薄带试样及异性截面试，非比例试样，无可比性要可比按《钢的伸长率换算第部分：碳素钢和低合金钢》和GB/T17600.2-1998《钢的伸率换算第2分：奥氏体钢》换算二、试样形状和尺寸（一）圆截面试样：在Lo大于15mm前提下，优先用Lo=5d的比例试样（二）矩形横截面试样：1、优先采用短比例样，2、厚板材可过机加工减薄其宽厚比不大于：3、厚度≥，加工成圆形试4、工程上对厚板材料一般取较为合适

5、若短比例试Lo＜，则用k=11.3长比例试6薄带试样采用标距为或80mm的定标试样（非例试样）（三）其他类型试样1、管材采用向弧形试样或带塞头的全截面试样①塞头顶到标距的距离要大于D/4塞头要加工成弹头形状或塞头两端的直径相差1mm形状②不配塞头时，可将两端夹持部压扁进行试验；2、优先采用短比例试3、铸件一般采用圆形截面试，线材采用标距为100mm或200mm的定标距试（非例试样。4、对于定标试样的标距在材料标准上规定时应采用材料标

准的规定。（四）加工要求条件：试样的夹持部分形状应按试验机夹持装置的要求加工，主要是防止试样夹持打滑。1、加工过程冷变形或受热影响性能，刀深度适当，要充分冷却最后一道切削或磨削的深度不宜大以免影响性能。2、对于矩形截面试样，一般要保留原面层，并防止损伤。试样上的毛刺要清除，尖锐掕边倒圆，但半径不宜过大。3、试样允许直，但防止矫正力对力学能产生显著影响，不测断后伸长率的试样，可不矫正接试验。3、不经机加的铸件试样表面上的夹砂夹渣、毛刺、飞边等缺陷必须加以清除。4、加工后，样尺寸和表面粗糙度应符图纸要求，不得有横

向刀痕、磨痕或机械损伤、明显热处理裂纹或其他可见的冶金缺陷。5、严重的冶缺陷不得试验。第三节试验设备一、拉力试验机结构：①加载机构②夹样机构③记录或输出机构④测力机构精度等级：1(±1%)；最好级0.5%)二、引伸计三、高低温试验辅助装置注意点：、均匀温度区2、均匀度区内沿试样标距应有温梯度3、温度量装置要定期检定计量

第四节强度和塑形指标测定一、准备工作（一）横截面面积测量量具精度应不大于0.05，计横截面积要少保留4位有效数字。1、圆形试，两端和中间测量，取其均值；公式：22、矩形试，两端和中间测量，取其小值；公式：3、圆管纵弧形试样，两端和中间测，取其最小值；公式：bD2a)]b/D0.252

b/D＜0.17

D—取标称值4、圆管试样管一端两个相互直的方向各测一次外径，平均值，在同一管端圆周上相互垂的方向测量四处管壁厚度取其平均值，按公式计算：So=3.1415(Da)5、未经加工的等截面试样，其横截积可根据试样长度、质量和材料密度计算，公式：So=m/pLt长度Lt质量m测量精度应达到±0.5%密度少取3有效数字。（二）标记原始标距Lo比列试样的原标距值，应取计算结果最接近5mm的倍数，中间值大的一方取值，标距长度精确到取值数值的±。

（三）选取试验机和引伸计1、选取合适的夹持置以及试验机合适量程。验机应为1级或优于1级的精2引伸计的选用，测屈服应低于1，引伸计标距的长度一般不小于试样工作段的1/2（四）确定试验速率1、在弹性范围直至屈服强度，试验机夹头的离速度应尽可能保持恒定如下表：试验规定的应力速率材料弹性模量应力速率MPa*S

1E/GPa最小最大＜20≥60

，1MPa=1N/mm二、强度指标测定：

2无明显屈服现象的材料，按要求测定规定非比例延伸强度一般为0.2%即Rp0.2（一）上、下屈服强度1、图示法2、指针法（二）规定非比例延伸强度1、图解法2、滞后环法3、逐步逼近（三）抗拉强度三、塑性指标的测定

1、断面收缩Z精确到±①圆形试样缩颈处相互垂的方向测量，算其算术平值②矩形横截面试样，测量缩颈处大宽度bu和最小厚度，两者的乘积就是Su2、断后伸长A量具精度优于（1）直接：试样拉断处到标距端点距离大于Lo/3时；（2）移位：如果试样拉断处到标距点的距离小于Lo/3时：①偶数法；②奇数法（3）断后长率＜时，用交法测量第五节弹性模量及泊松比的定依据：GB/T8653-1988泊松比=（轴向变形）横向变形）

第六节应变化指数和塑形应变比的测定依据：GB/T5028-1999第七节高、低温伸试验一、高温拉伸试验的依据：二、低温拉伸试验的依据：第八节试验结果的处理数值修约一、依据：GB/T8170-2008二、试验结果的处理：三、数值修约（一）数值进舍规则

四舍六入五单双，五后非零应进，五后皆零视奇偶，五前为偶应舍去，五前为奇则进。（二）修约间是非单的修约n四、拉伸试验的力学性能指标修性能结果数值的修约间隔性能范围

修约间隔R，，RpRr，eLRt，RmAeA，At，AgZ

≤2001MPa＞200~1000MPa＞100.5%0.5%

第九节影响伸试验结果的主要因素拉伸试验结果的影响因素主要分两类：第一类为试验机、引伸计测量器具的精度以及数值修约等，在满足试验标准方法的要求下，这影响因素所造成的误差积可以用测量不确定度定量表示。第二类为试样形状尺寸表面粗糙度试样夹持试验速度等，这些影响因素无法定量表示，只靠满足测试标准要求将其制在一定的范围内。一、试样形状、尺寸及表面粗糙的影响；二、试样装夹的影响三、试验速度的影响

第六章金属冲击验一、概述：1、韧性的定：所谓韧性，就是材料在弹性变形塑性变形和断裂过程中吸能量的能力。2、韧性可分静力韧性、冲击韧性和断韧性。冲击韧性就是在冲击载荷下，材塑性变形和断裂过程中吸能量的能力。3、按其服役工况分类有支梁下的冲弯曲试验（夏比冲击试验悬臂梁下冲击弯曲试验（艾氏冲击验）及冲拉伸试验。4、冲击测定吸收能量K缺乏明确物理意义，但是冲击吸收能量是对材料组织结构、冶金缺等敏感而成为评价金属材冲击韧性应用最广泛的一种传统力学能试验，也是评价金属材在冲

击载荷下韧性的重要手段之一。二、夏比冲击试验的主要用途：（）价材料对能量一次冲击载荷下破坏缺口敏感性。（）查和控制料的冶金质量和热加工质。（）定材料在、低温条件下的脆性转变性。（）估构件的命和可靠性。第一节夏比摆锤冲击试原理一原：夏摆冲击验将规几形状、尺寸和口类型试，放在冲击试验机的试样支座上试样口向摆锤刀放，使之处于简支梁状态然后规高度的摆锤对

试样行次性击，实质上就是通过能量转换过程测量样在种击下断所吸收的能量冲击试验是一种单摆运动，其单运动吸收功可通过中学物计算。二夏比冲击试验依GB/T金属材料夏摆锤冲击试验方法；第二节夏比冲击试样与试验备一、冲击试样类型与尺寸：1、冲击试样类：①标准夏比V型缺口冲击样，尺寸为0其缺口深度为2mm缺口底部曲率半径为0.25mm，型缺口角为45°；

②标准夏比U型缺口冲击试样，尺寸为0其缺口深度为2mm缺口底部曲率半径为1mm。2冲击试样尺寸：3、选择试样类型原则：根据试验材料的产品技术件、材料的服役工况和力学特性，一般情况，尖锐缺口和深缺口试样用于韧性较好的材料。4、当试验材的厚度无法制备标准试样，可采用宽度7.5mm5mm或的小尺试样；二、试样制备三、冲击试验机1、冲击试验机构组成：2、摆锤分类3、安装

四、温度控制系统五、温度测量系统第三节常温冲击验一、准备工作1、试验环境度2、试样尺寸查3、选择冲击验机4、进行空打零试验二、试验操作要点1、试样定位2、操作过程3、试样数量

三、试验结果处理和试验报告1、吸收能量的有效位数应至少保留两位有效数字至少估读到0.5J，即收能量在及以上时，应是三数字。2、吸收能量表示方法：KV、KV、KU、KU3、几种情况处理

①如试样吸收能量超过试验机能的80%在试验报告中应报告为近似值并注明超过试验机能力。②对于试样试验后没有完全断裂可以报出冲击吸收能量，与完全断裂试样结果平均后报出。③对于试验机打击能量不足使试未完全断开，吸收能量不确定，试验报告应注明用×J试验机试验，试样未断开④如果试样卡在试验机上，则试结果无效，应重新补做试。⑤如断裂后检查显示出试样标记在明显的变形部位，试验果可

能不代表材料的性能，应在试验告中注明。⑥试验后试样断口有肉眼可见裂或冶金缺陷时，应在试验告中注明。4、试验报告：试验方法准号、试样相关资料、缺类型、试样尺寸、试验温度、吸收能量、试日期，有时还要增加一些料。第四节高、低温击试验一、低温冲击试验1、试样保温间2、温度补偿过冷法二、高温冲击试验1、试样定位2、试样保温间

3、温度补偿过热法第五节金属脆转变温度及低温系列冲击一、金属