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钣金技能培训第1页，共56页，2023年，2月20日，星期四第一章钢材力学性能试验取样基本知识第2页，共56页，2023年，2月20日，星期四力学性能试验是对材料的各种力学性能指标进行测定的一门实验学科,其测定的对象被称为试样。所谓试样,就是经机加工或未经机加工后具有合格尺寸且满足试验要求状态的样坯。由于很多力学性能试验都带有破坏性,不可能将一批材料都作为试样进行试验来评价该材料的质量,而只能抽取一批材料中的一部分进行试验,根据试验的结果对这批材料的质量做出某种判别,因此,试样的真正意义在于它能代表所在的一批材料,这样,正确取样就成了准确评定材料性能的重要环节。

第3页，共56页，2023年，2月20日，星期四第一节试样类型及取样原则一、力学性能试验的试样类型力学性能试验的试样可分为3种类型(一)从原材料上直接取样从原材料上直接切取样坯,然后加工成标准规定的试样,如型材、棒材、板材等（目前我们厂只有板材）。(二)从产品(结构或零部件)的一定部位上取样一般是最薄弱、最危险的部位上切取样坯,加工成一定尺寸的试样。第4页，共56页，2023年，2月20日，星期四(三)把实物作为样品即把结构或零部件作为样品,直接进行力学性能试验,如弹簧、螺栓、齿轮、轴承等。第5页，共56页，2023年，2月20日，星期四二、取样的原则

(一)取样对力学性能试验结果的影响

取样部位、取样方向和取样数量是对材料性能试验结果影响较大的3个因素,被称为取样三要素。第6页，共56页，2023年，2月20日，星期四1.取样部位

由于金属材料在冷热变形加工过程中,变形量不会处处均匀,材料内部的各种缺陷分布和金属组织也不均匀,因此,在产品的不同部位取样时,力学性能试验结果必然不同。如大直径圆钢的中心部位的抗拉强度就低于其他部位的抗拉强度。第7页，共56页，2023年，2月20日，星期四2.取样方向

钢材轧制或锻造时,金属沿主加工变形方向流动,晶粒被拉长并排成行,且夹杂也沿主加工变形方向排列,由此造成材料性能的各向异性。纵向试样(试样纵向轴线与主加工方向平行)和横向试样(试样纵向轴向与主加工方向垂直)有较大的差异,如薄板材纵向试样的抗拉强度,下屈服强度都高于横向试样,断面收缩率更是远远大于横向试样。

第8页，共56页，2023年，2月20日，星期四3.取样数量某些力学性能指标对试验条件和材料本身的特性十分敏感,因此,一个试样的试验结果的可信度太低,但取样数量太多,则造成人力、材料和时间的浪费,为了确定最小取样数量,应根据试验类型、产品和材料性能的用途、试验结果的分散性以及经济因素对具体问题进行具体分析。如冲击性能试验结果往往就比较分散,一般每次取3个试样进行试验。第9页，共56页，2023年，2月20日，星期四(二)样品的代表性由于取样部位、方向对试验结果有影响,因此必须对取样的部位和方向做统一的规定,这样不同的人或不同的试验室对同一产品所做的力学性能试验结果才可以相互比较。国家标准GB/T2975-1998《钢及钢产品力学性能试验取样位置及试样制备》对钢和钢产品力学性能试验的取样位置包括取样方向做了一般性的规定。当在实际零部件上取样时,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。此外,还应考虑试样的受力状态与零部件的受力状态相一致,否则试验就失去了意义。

第10页，共56页，2023年，2月20日，星期四三、切取样坯的方法

常用的样坯切取方法有冷剪法、火焰切割法、砂轮片切割法、锯切法等,无论采取哪种方法,都应遵循以下原则:（1）样坯都应在外观及尺寸合格的钢材上切取;（2）切取样坯时,应防止因过热、加工硬化而影响其力学及工艺性能;（3）取样时,应对样坯和试样做出不影响其性能的标记,以保证试样始终能识别取样的位置和方向。第11页，共56页，2023年，2月20日，星期四第12页，共56页，2023年，2月20日，星期四第二节钢材的取样位置GB/T2975-1998对型钢、条钢、钢板和钢管的拉伸、冲击和弯曲试验的取样位置做了一般性规定。其中当在钢材表面切取弯曲试样时,如机加工和试验机能力允许,应制备成全截面或全厚度的弯曲试样;如机加工和试验机能力有限,则弯曲试样也应至少保留一个原表面。第13页，共56页，2023年，2月20日，星期四图1－10在钢板上切取拉伸样坯的位置一、钢板钢板应在宽度的1/4处切取拉伸、冲击和弯曲样坯。第14页，共56页，2023年，2月20日，星期四二、样坯的切取

(一)切取方法

从焊接试板上切取样坯时,尽量采用机械切削的方法,应考虑其加工余量,在任何情况下都必须保证受试部分的金属不在切割影响区内。

第15页，共56页，2023年，2月20日，星期四(二)切取方位1.对于多层焊缝的样坯如无特殊规定时,应尽量靠近焊缝后一侧的表层切取,但封底焊除外。2.拉伸样坯焊接接头拉伸样坯原则上取试板全厚度。3.弯曲样坯焊接接头横弯样坯原则上取试板的全厚度。侧弯曲样坯的宽度应为试板的厚度。4.焊接接头及堆焊金属硬度样坯分别垂直于焊缝轴线和沿堆焊长度方向的相应区段切取。第16页，共56页，2023年，2月20日，星期四(三)切取数量如相关标准或产品制造规范无另外注明时,各种试验方法的样坯数量如下:接头拉伸不少于1个;整管接头拉伸1个;管接头剖条拉伸不少于2个;正弯、背弯、侧弯各不少于1个;纵弯不少于2个;接头冲击不少于3个;管接头压扁不少于1个;接头及堆焊硬度不少于l个。第17页，共56页，2023年，2月20日，星期四第二章金属材料的拉伸试验第18页，共56页，2023年，2月20日，星期四

拉伸试验是材料力学性能测试中最常见的试验方法之一。试验中的弹性变形、塑性变形、断裂等各阶段真实地反映了材料抵抗外力作用的全过程。拉伸试验是在应力状态为单向、温度恒定、以及应变速率为0.0001一0.01m/s的条件下进行的。

操作简单，便于试样加工。第19页，共56页，2023年，2月20日，星期四

通过拉伸试验可以得到材料的基本力学性能指标,如弹性模量、泊松比、屈服强度、规定非比例延伸强度、抗拉强度、断后伸长率、断面收缩率、应变硬化指数和塑性应变比等。

拉伸试验所得到的材料强度和塑性性能数据,对于设计和选材、新材料的研制、材料的采购和验收、产品的质量控制、设备的安全和评估,都有很重要的应用价值和参考价值,有些则直接以拉伸试验的结杲为依据。

第20页，共56页，2023年，2月20日，星期四一、拉伸时的物理现象

等截面杆件试样在拉伸试验时,宏观上可以看到试样被逐渐均匀拉长,然后在某一等截面处变细,直到在该处断裂(图2-2)。上述过程一般可分为弹性变形、屈服变形、均匀塑性变形、局部塑性变形4个阶段。材料试验机上的自动记录装置可以以力为纵坐标,变形为横坐标,记录力—变形曲线,即拉伸图(图2-3)。下面以45号钢为例来说明。第21页，共56页，2023年，2月20日，星期四

试样伸长产生缩颈断裂图2－345#钢拉伸时力－伸长曲线图2-2试样在拉伸时的伸长和断裂过程第22页，共56页，2023年，2月20日，星期四(一)弹性变形阶段Oa段，试样的伸长与外力成正比例直线关系服从虎克定律。ab段为弹性变形中的非线性阶段。(二)屈服阶段水平线段cd,该线段对应的外力即为屈服力(分为上、下屈服力,分别以FeH和FeL表示。(三)均匀塑性变形阶段随着变形量的增加金属不断被强化，de段的不断上升。(四)局部塑性变形阶段截面不断缩小,并且载荷下降,产生了缩颈现象。局部塑性变形的e所对应的力Fm为最大外力。第23页，共56页，2023年，2月20日，星期四图2-5不同材料拉伸的应力～应变曲线（a）是低碳钢的σ－ε曲线。它有锯齿状的屈服阶段,分上、下屈服,均匀塑性变形后产生缩颈,然后试样断裂。（b）是中碳钢的σ－ε曲线。它有屈服阶段,但波动微小,几乎成一直线,均匀塑性变形后产生缩颈,然后试样断裂。（c）是淬火后低、中温回火钢的σ－ε曲线。它无可见的屈服阶段,试样产生均匀塑性变形并缩颈后断裂。（d）是铸铁、淬火钢等较脆材料的σ－ε曲线。它不仅无屈服阶段,而且在产生少量均匀塑性变形后就突然断裂。第24页，共56页，2023年，2月20日，星期四二、术语(一)基本术语1.平行长度Lc：试样两头部或两夹持部分(不带头试样)之间的平行长度。

2.试样标距（1）原始标距L0:试验前,测量试样伸长所标记的标距长度。（2）断后标距Lu：:试样拉断后,将断口对接在一起时试样的标距长度。第25页，共56页，2023年，2月20日，星期四(二)与应力有关的术语

l.屈服强度

(I)上屈服强度ReH：试样发生屈服,并且外力首次下降前的最大应力。

(2)下屈服强度ReL:不记初始瞬时效应时,屈服阶段中的最小应力。

2.抗拉强度Rm:

试样受外力(屈服阶段之前不计)拉断过程中所承受的最大名义应力。第26页，共56页，2023年，2月20日，星期四

(三)与伸长有关的术语

1.伸长率

(1)断后伸长率A:试样拉断后,原始标距部分的伸长与原始标距的百分比。

(2))断裂总伸长率At:试样在断裂时刻,原始标距的总伸长(弹性伸长加塑性伸长)与原始标距的百分比。

(3)最大力下的非比例伸长率Ag:试样拉至最大力下时,原始标距的非比例伸长与原始标距的百分比。

(4)最大力下的总伸长率Agt:试样拉至最大力下时,原始标距的伸长(弹性伸长加塑性伸长)与原始标距的百分比。第27页，共56页，2023年，2月20日，星期四第二节金属拉伸试样一、拉伸试样的分类(一)按产品形状分类拉伸试样按金属产品形状的不同可以分为板材(薄带)试样、棒材试样、管材试样、线材试样、型材试样及铸件试样等种类。根据其形状及试验目的的不同,试样可以进行机加工,也可以采用不经加工的原始截面试样。标准中规定的试样主要类型见表2-1。第28页，共56页，2023年，2月20日，星期四第29页，共56页，2023年，2月20日，星期四(二)按L0与S0的关系分类由于同一种材料测定的断后伸长率A值与它的比值有关,因此,K值相同的试样称为比例试样。通常把K=5.65称为短比例试样,记为A;K=11.3称为长比例试样A11.3,圆截面长（短）标距为10d（5d）；矩形截面比例试样的标距为

和,试验时,一般优先选用短比例试样,但要保证原始标距不小15mm,否则,建议采用长比例试样或其他类型试样。对于截面较小的薄带试样

第30页，共56页，2023年，2月20日，星期四以及某些异型截面试样,由于其标距短或截面不用测量(例如:只测定延伸率)可以采用L0为50mm、100mm、200mm的定标距试样。它的标距与试样截面不存在比例关系。二、试样的形状及尺寸(矩形试样)

第31页，共56页，2023年，2月20日，星期四

厚度大于0.1mm的板(带)材料一般采用矩形截面试样，应优先选用K＝5.65的短比例试样,原板材可通过机加工减薄,其宽厚比不大于8:1。若短比例试样的L0小于15mm,则应选用K＝11.3的长比例试样。薄带试样还可采用标距为50mm或80mm的定标距试样。第32页，共56页，2023年，2月20日，星期四三、机加工要求

1.试样在机加工过程中要防止冷变形或受热而影响其力学性能,通常以切削加工为宜,进刀深度要适当,并充分冷却;特别是最后一道切削或磨削的深度不宜过大,以免影响性能。

2.对于矩形试样,一般要保留原表面层并防止损伤。试样上的毛刺要清除,尖锐棱边应倒圆,但半径不宜过大。试样允许矫直,但应防止矫正力对力学性能产生显著影响。对于不测定断后伸长率的试样可不经矫正直接进行试验。

3.不经机加工铸件试样表面上的夹砂、夹渣、毛刺、飞边等必须加以清除。

第33页，共56页，2023年，2月20日，星期四4.加工后,试样的尺寸和表面粗糙度应符合规定的要求,表面不应有显著的横向刀痕、磨痕或机械损伤、明显的淬火变形或裂纹以及其他可见的冶金缺陷。第34页，共56页，2023年，2月20日，星期四第三节试验设备

拉力试验机拉力试验机是拉伸试验的主要设备。它主要有加载机构、夹样机构、记录机构和测力机构4部分组成。目前主要分为机械式、液压式、电子万能以及电液式几类。无论试验机是哪一种类型,拉伸试验所用的机器应满足以下要求:①达到试验机检定的1级精度;②有加载调速装置;③有数据记录或显示装置;④由计量部门定期进行检定。第35页，共56页，2023年，2月20日，星期四第四节强度指标和塑性指标的测定

一、准备工作

(一)测量原始截面积测量试样原始截面尺寸时,应按下表，根据所测得的试样尺寸,计算横截面积S0并至少保留4位有效数字。第36页，共56页，2023年，2月20日，星期四试验横截面尺寸分辨力不大于0.1~0.5＞0.5～2.0＞2.0～10.0＞10.00.0010.0050.010.051.量具或测量装置的分辩力

第37页，共56页，2023年，2月20日，星期四2.原始横截面积（S0）的测定(1)原始横截面积（So）的测定结果，至少要保留4位有效数字;(2)对于厚度＜3mm的薄板，（So）的测定应准确到±2%；(3)其它试样类型的原始横截面积（So

）的测定应准确到±1%；(4)圆形试样相应的原始平均直径的测定应准确到：±0.5%；(5)断后最小横截面积（Su）应准确到：±2%，相应的断后最小横截面平均直径应准确到：±1%。第38页，共56页，2023年，2月20日，星期四矩形和弧形横截面试样宽度和厚度测量部位和方向第39页，共56页，2023年，2月20日，星期四3.原始横截面积的计算①矩形样原始横截面积的计算公式：So=ab②圆形试样原始横截面积的计算公式：So=1/4πd2③管段试样原始全截面面积的计算公式：So=πa(D－a)④圆管纵向弧形试样原始横截面积的计算公式：

当b/D＜0.25时，

So=ab

当b/D＜0.17时，So=ab

第40页，共56页，2023年，2月20日，星期四4.原始标距（Lo）的标记对于比例试样，应将原始标距的计算值修约至5mm的倍数，中间数值应向较大一方修约。原始标距的标记应准确到±1%。第41页，共56页，2023年，2月20日，星期四二、强度指标测定

(一)上、下屈服强度的测定GB/T228-2002标准中规定了最常用的测定方法是图解法和指针法。对有明显屈服规象的材料,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。第42页，共56页，2023年，2月20日，星期四（1）图解法（包括自动测定方法）

测定上、下屈服强度从力—延伸或力—位移曲线图上读取首次下降前的最大力和不计初始瞬时效应时屈服阶段中的最小力或屈服平台的恒定力。将其分别除以试样横截面积S0得到上屈服强度和下屈服强度。第43页，共56页，2023年，2月20日，星期四判定上屈服强度和下屈服强度位置的基本原则

a)屈服前的第一个峰值应力判为上屈服强度，不管其后的峰值应力比它大或比它小。b)屈服阶段中如呈现两个或两个以上的谷值应力，舍去第一个谷值应力不计，取其余谷值应力之中最小者判为下屈服强度。c)屈服阶段中呈现屈服平台，平台应力判为下屈服强度；如呈现多个而且后者高于前者的屈服平台，判第一个平台应力为下屈服强度。d)正确的判定结果应是下屈服强度一定低于上屈服强度。

第44页，共56页，2023年，2月20日，星期四第45页，共56页，2023年，2月20日，星期四（2）指针法测定上、下屈服强度读取表盘指针首次回转前指示的最大力判为上屈服力FeH；指针只有一次回转，取回转的最小力判为下屈服力FeL；指针多次回转，则不记第一次回转，取其余回转指示的最低力判为下屈服力FeL。第46页，共56页，2023年，2月20日，星期四（五）抗拉强度（Rm）的测定（1）图解法（包括自动测定方法）试验时，对试样连续加力记录力—延伸或力—位移曲线，直至超过抗拉强度相应的最大力，以此力除以试样原始横截面积（So）即可得到抗拉强度（Rm）Rm=Fm/So第47页，共56页，2023年，2月20日，星期四图2-17最大力位置的判定第48页，共56页，2023年，2月20日，星期四2）指针方法指针方法是通过人工读取测力表盘中屈服阶段之后的最大力值，然后通过计算得到抗拉强度。无明显屈服现象的金属材料，则读取试验过程中的最大力。

第49页，共56页，2023年，2月20日，星期四(二)断后伸长率1、直测发：如拉断处到最邻近标距端点的距离大于1/3L0时，直接测量标距两端点间的距离。2、移位法：如拉断处到最邻近标距端点的距离小于或等于1/3L0时，按移位法测定断后标距。第50页，共56页，2023年，2月20日，星期四移位法:如果试样拉断处到标距端点的距离小于1/3L。时，则根据原始标距内的小标点数值,以试样拉断处为中心,向两侧数小标点数,直到其数值达到原始标距内的小标点数,断样较短的一段小标点数不足的部分由较长一段上的与拉断处对称位置的小标点数补足。