实验六 金属薄板拉伸试验

实验六 金属薄板拉伸试验

一、 目的

通过拉伸试验确定金属薄板的力学性能，如屈服应力（σs）、抗拉强度（σb）、屈强比（σs/σb），均匀延伸率（δu）、总延伸率（δk）、应变硬化指数（n）、塑性应变比（及）、凸耳参数（△）并绘制硬化曲线。

二、设备及工具

拉力试验机、千分尺、游标卡尺、直尺等。

三、试样

可以使用图1、图2中所示两种形状试样中的任一种，应在金属薄板平面上与轧制方向成0°、45°和90°三个方向切取试样。

试样厚度应当均匀，在标距长度内厚度变化不应大于0.01mm时，应不大于公称厚度的1%。

切取样坯和机加工试样时，应防止因加工硬化或热影响而改变材料的性能。

图1-1号样

图1-2号样

可用维氏金刚石压头或其它工具刻划标距点。标距点应位于试样的轴线上，并对称于平行长度部分的中心。

四、试验步骤和数据处理

将试样夹紧在试验机的夹头内，调整好测力刻度和载荷——伸长曲线记录装置。夹头的移动速度应在0.5~20mm/min范围内，并应保持加载速度恒定。

记录产生屈服时的载荷Fs和最大载荷Fmax，并根据载荷——伸长曲线，进行数据处理后，便可确定板材的σs、σb、σs/σb、δu、δk

1、确定板材σs、σb、σs/σb、δu、δk

σs、σb及σs/σb由下式确定：

σs=

F0A0或σ0。2=

F0.2.N/mm2A0（MPa）

σb=

FmaxA0,N/mm2（MPa）

式中Fs——屈服时的载荷 ，N；

F0.2——相对伸长为0.2时的载荷，N；

Fmax——拉伸最大载荷，N；

A0 ——试样原始横截面积，mm2。

δu及δk由下式确定：

δu=

LuL0100%L0

δk=

LkL0100%L0

式中 L0——试样原始标距长度，mm；

Lu——试样产生细颈时的标距长度，mm；

Lk——试样断裂时的标距长度，mm。

2、绘制加工硬化曲线

对试验得到的拉伸曲线（图3）进行坐标变换：

图3 拉伸F-△L（σ-ε）曲线

横坐标变换为对数应变

∈=lnLL0= lnL0LL0ln(1+ε) （1）

纵坐标变换为真实应力

SFF(1)0(1)AA0 （2）

式中 ∈——对数应变（真实应变）；

ε——相对应变，ε=△L/L0；

△L——试样标距的伸长，mm；

S——真实应力，N/mm2；

σ0——名义应力，N/mm2；

绘制方法如下：在拉伸曲线的横坐标取若干个△L，再找到相应的载荷F值，根据式（1）和式（2）计算出相应的S和∈值，即可绘制出加工硬化曲线（产生细颈前的均匀拉伸阶段）。

3、求硬化指数n值

多数金属材料的真实应力——真实应变关系为幂指数函数形式：

S=B∈n （3）

式中 S——真实应力，N/mm2;

∈——真实应变；

B——与材料有关的系数， N/mm2;

n——应变硬化指数。

将式（3）两边取对数，有

lgSlgBnlg∈ （4）

根据硬化曲线，用线性回归方法便可计算其斜率，即n值。

下面介绍一种确定n值的简便方法。在拉伸曲线上取两点（F1，△L1）和（F2，△L2），按式（1）和（2）换算得（S1，∈1）和（S2，∈2），分别代入到式（4）中，消去lgB项，便得

S2S1nlg21lg （5）

4、确定塑性应变比及凸耳参数△

塑性应变比亦称厚向异性指数，用板料单向拉伸试样的宽度应变和厚度应变的比值表示。

将试样夹紧在试验机的夹头内，当试样伸长到约20%（注意：应在屈服之后，产生细颈之前）时停止加载，卸下试样。用千分尺测得试样变形后的宽度b及厚度t。代入下式中便可求得值：

bb0btalnt0ln （6）

式中 b——试样的宽度应变，b=

lnbb0；

a——试样的厚向应变，a=

lntt0；

b0、t0——试样的原始宽度与厚度，mm； b、t——变形后试样的宽度与厚度，mm。

由于在不同方向上不同的值，一般按下式计算平均塑性应变比：

1(024590)4 （7）

凸耳参数又称塑性平面各向异性指数，表示板料平面内的塑性各向异性，表示，可按下式计算：

1(090)452

（8）

式（7）、（8）中0、45、90表示在板表面内与轧制方向分别0°、45°和90°的试样。

式（6）中的t根据体积不变条件，亦可由下式确定：

t(1b) （9）

式中1——试样标距长度应变。

本试验中，测量试样的原始宽度b0时允许测量偏差为±0.01mm。以同样的方式和精度测量变形后的试样宽度b1和标距长度L1。

若拉伸变形后，在宽度方向发生明显弯曲（图4），当凸度h>0.3mm时，应按下式修正测得的宽度：

b'24b'hb1(ht1)arcsin24hb'4h2 （10）

图4 试样横向弯曲示意

五、试验报告

1、 本试验的目的，试验用的设备及试样条件，试样材料、形状及尺寸，拉伸后试样的尺寸。

2、 给出拉伸曲线图，即F-△L曲线（或σ-ε曲线），绘制硬化曲线。 3、按公式计算出材料的性能：σs、σb、σs/σb、δu、δk、n、、及△。

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