金属材料力学性能测试

§ 4.2 金属材料拉伸时的力学性能拉伸实验室是测定材料力学性能的最常用的一 种方法。

一、拉伸试样按国标GB6397—86《金属材料试验试样》规 定，拉伸试样分为比例试样和定标距试样两种。

§ 4.2 金属材料拉伸时的力学性能1、比例计算 (1)比例计算的标距和横截面面积之间存在 如下比例关系，即

L0 K S0其中L0为试样标距，S0为试样横截面面积，比 例系数 K,一般取5.65或11.3,前者称短试样， 后者称长试样。

§ 4.2 金属材料拉伸时的力学性能(2)对于圆截面试样，短长比例试样的标距 分别取 5d 0和 10d0。(3)圆截面试样的形状如图所示，它分为三个 部分。

工作部分长度 L,一般不小于 L d0 。

§ 4.2 金属材料拉伸时的力学性能2、定标距试样定标距试样的原始标距与横截面间无比例关 系，一般 L0取100mm ,200mm 。

§ 4.2 金属材料拉伸时的力学性能二、拉伸图及应力—应变图下图为低碳钢的拉伸图和应力—应变图。

P l 由于 , 而均为常量，故两图 A0 l 形形状相同。

§ 4.2 金属材料拉伸时的力学性能三、力学性能测试(一)物理屈服性能指标

1、具有物理屈服现象的金属材料，其拉伸曲 线的类型有如下一些情况：

§ 4.2 金属材料拉伸时的力学性能2、各项物理屈服性能指标定义如下： 1)屈 服 点：

s su

Fs s S0Fsu su S0 Fsl sl S0

2)上屈服点：3)下屈服点：

sl

无特殊要求的情况下，一般只测量屈服点或 下屈服点。

§ 4.2 金属材料拉伸时的力学性能(二)规定微量塑性伸长应力指标1、规定非比例伸长应力 p

定义：试样标距部分的非比例伸长达到规定 的原始百分比时的应力，这种应力是在试样受力 的条件下测定的，它反映材料在拉力作用下抵抗 微量塑性变形的抗力。

p 的两种测试方法：(1)图解法 (2)逐级施力法

§ 4.2 金属材料拉伸时的力学性能2、规定残余伸长应力 r定义：试样卸力后，其标距部分的残余伸长 达到规定的原始标距百分比时的应力。这种应力 是在卸力后测定的。

r 的测试方法

§ 4.2 金属材料拉伸时的力学性能3、关于 p和 r的几点说明 1)一般可将 p 0.01 (或 r 0.01)作为条件比例极限， r 0.2 将 (或 )作为屈服强度。 p 0.2

§ 4.2 金属材料拉伸时的力学性能2)对于同一试样而言，在规定伸长率相同的条 件下， p 和 r一般并不相同。前者是在试验力作 用下测定的，其非比例伸长包括滞弹性伸长和塑 性伸长两部分，而后者是在卸力之后测定的，滞 弹性伸长已随试验力卸除而消失，甚至随着时间 的延长，其塑性伸长由于加

力时的不均匀塑性变 形所产生的残余应力的反作用，也消失一部分， 在拉伸曲线上为卸力线不平行于加力线的线弹性 段，而是朝向原点方向微弯。

§ 4.2 金属材料拉伸时的力学性能3)若材料的 p 、 r 差别不大，或对测试法无要 求时，此时也就不必区分 p 0.2和 r 0.2 而统一 成 0.2 。

§ 4.2 金属材料拉伸时的力学性能 4、规定总伸长应力 t1)定义：试样标距部分的总伸长达到规定的原始 标距百分比时的应力。规定总伸长与规定非比例 伸长之间相差弹性比例伸长。 2)测试方法：

(1)图解法(2)引伸计法

§ 4.2 金属材料拉伸时的力学性能3)关于 t的几点说明(1)规定总伸长与规定非比例伸长之间相差弹性 比例伸长。

(2)一般中、低强度钢可用 t 0.5等效 p 0.3。

§ 4.2 金属材料拉伸时的力学性能(三)材料的塑性指标及其测定1、断后伸长率 1)定义：试样拉断后，其标距部分的伸长与原始 标距的百分比。

Lk L0 100% L0式中： Lk :试样断后标距长度(mm)L0 :试样原始标距长度。

§ 4.2 金属材料拉伸时的力学性能 2) 的测定方法1、直测法。2、移位法。

L1 AB 2BC

L1 AB BC1 BC

§ 4.2 金属材料拉伸时的力学性能3)试样尺寸对 的影响说明对于塑性材料，断裂前变形集中在缩颈处，距 离断口位置越远，变形越小。因此，断口在标距间 的位置对延伸率 是有影响的。也就是说试样断裂 后的塑性变形 lk可分为两部分： 1、颈缩出现前的均匀伸长 l 。 2、颈缩出现后的局部伸长 l 。

其中 l 与原始的标距长度 L0 有关； l 与原始 横截面面积 A 0有关。

§ 4.2 金属材料拉伸时的力学性能有关系式： lk l l l0 A0

l0 A0

l0 l0 因此为了同材料得到相同的断后伸长率必须使

A0

A 0 / l0 常数，因此有圆试样的长试样 圆试样的短试样 矩形试样的长试样 矩形试样的短试样

l0 10d0

l0 5d0 l0 11.3 A0 l0 5.65 A0

§ 4.2 金属材料拉伸时的力学性能2、断后收缩率 1) 的定义：试样拉断后，颈缩处横截面面积的 最大缩减量与原始横截面面积的百分比。

式中： S0 为试样原始横截面面积；

S0 S1 100% S0

截面面积。

S1 为试样断裂后，颈缩处最细部分的横

2) 的测定

§ 4.2 金属材料拉伸时的力学性能(四)材料的弹性指标及其测定 1、弹性模量 E(又称杨氏模量) 1) E 的定义：指材料拉伸时，应力应变在线形 比例范围内，应力与应变之比。即

2) E 的测定方法 1、 作图法 2、拟合法

E

§ 4.2 金属

材料拉伸时的力学性能2、弦线模量与切线模量 对于拉伸过程中无明显线弹性变形阶段的 材料，无法用弹性直线段的斜率来确定，这时 一般可采用弦线模量或切线模量，即用材料弹 性变形曲线的割线或切线的斜率来表达其弹性 模量(参见GB8653—88)