测定铝合金材料的名义屈服强度

图解法测定铝合金材料的弹性模量E和屈服强度 [实验目的] 1、学习用图解法测定塑性材料的规定非比例延伸强度RP。 2、了解电子引伸计测量试样伸长量的原理，掌握电子引伸计的安装和使用方法 ，并能正确使用。 3、测定铝合金材料的弹性模量E和规定非比例延伸强度RP0.2。 [使用仪器]     万能试验机或拉力试验机、电子引伸计、游标卡尺(最小分度不大于0.05 mm)、自动绘图系统、待测铝合金拉伸试样等 F0 A x 0 ΔL [实验原理] 1、图解法测定铝合金材料的弹性模量E 在试验机自动记录的F-ΔL曲线的弹性直线段上取相距尽可能远的A、B两点，并读取其相应的载荷增量值ΔF和伸长增量值δL（见图5-1），则所测材料的弹性模量为：         （5-1） 式中Le为引伸计标距，Sav为所用试样原始横截面平均面积。                                          2、图解法测定规定非比例延伸强度RP0.2 σ R0. 2 D 除了中、低碳钢、16锰钢及一些高强度低合金钢等金属材料外，大部分金属都不具有明显的屈服现象，它们的拉伸曲线由直线部分（弹性阶段）直接过渡到曲线部分（强化阶段），因此不能像测低碳钢那样测定这些材料的屈服强度，而材料的屈服强度是衡量材料强度的重要力学性能指标之一，所以对于没有明显屈服阶段的塑性材料，工程上常用对应于塑性应变（残余应变）ε =0.2﹪时的应力作为衡量材料强度的指标，并用R0.2表示，称为材料的名义屈服强度或条件屈服强度或规定延伸强度R0.2，其数值的确定方法如图5-2所示。图中的CD直线与弹性阶段内的直线部分平行，即在ε轴上取OC=0.2﹪，过C点作直线CD平行于σ-ε图中的直线段，交曲线于D点，于是点D的纵坐标即为R0.2。 规定延伸强度R0.2有两种含义：一是试样非比例延伸率等于引伸计标距的0.2﹪时的应力，称为规定非比例延伸强度，用RP0.2表示，其测定方法是在加载情况下用图解法或引伸计进行测定；另一种是试样在卸除应力后残余延伸率等于引伸计标距的0.2﹪ 时的应力，称为规定残余延伸强度，用 Rr0.2表示，其测定方法是利用塑性材料的冷作硬化现像，在卸载条件下用逐次逼近的方法进行测定（一般，因为RP0.2是在加载情况下测定的，其非比例伸长包括两部分：塑性变形和弹性变形，而后一部分在卸载后就消失了，所以Rr0.2稍大于RP0.2，但对于大多数金属材料两者相差不大，此时就不加区分，统一记作R0.2）。 F FP0.2 A 铝合金就是一种没有明显屈服阶段的塑性金属材料。此先介绍用图解法测定其规定非比例延伸强度RP0.2。 如上所述方法，在试验机自动记录的F-ΔL曲线上，自弹性曲线与ΔL轴的交点O起截取OC=0.2﹪Le，再过C点作弹性直线的平行线交F-ΔL曲线于A点，于是A点的纵坐标FP0.2即为规定非比例延伸为0.2﹪Le时所对应的载荷（见图5-3）。因此，材料的规定非比例伸长应力为：           （5－2） 式中So为试样的原始横截面面积。 [实验步骤] 1、试样尺寸测量： 用游标卡尺测量试样尺寸（方法同拉伸试验），填入记录表格，同时计算并记录其它相关数据。 2、试验机准备： 估计FP0.2的数值，选择合适的量程，配上相应的砝码砣，并做好试验机的调零准备工作（注意：应消除试验机工作平台的自重）。 3、安装试样及电子引伸计： 将试样安装在试验机夹头中，先施加少量载荷（切勿超过比例阶段），然后再卸至接近零位，按规定将电子引伸计正确装夹到试样上。 4、进行测试： 打开试验机，根据试验要求缓慢进行加载，并注意观察试验机自动绘制F-ΔL曲线，待曲线宽度足够作图求出FP0.2时停机，并打印出试验曲线。 5、卸载、取下试样，将试验机和仪器恢复原状。 6、按要求选定A、B两点，并求出ΔF、δL和FP0.2，计算E及RP0.2。 [数据记录] 试样原始尺寸的测量 位 置 截 面 I 截 面 II 截 面 III 最小横截面 面积So/mm2 平均横截面 面积Aav/mm2 直 径 d/mm 1 2 平均 1 2 平均 1 2 平均 [思考题] 1、规定非比例延伸强度RP0.2与规定残余延伸强度Rr0.2有何区别？ 2、为什么在计算规定非比例延伸强度RP0.2时横截面积取试样三处的最小值，而在计算弹性模量E时横截面积要取三处的平均值？ 卸荷法测定铝合金材料的屈服强度 [实验目的] 1、学习用卸荷法测定塑性材料的规定非比例延伸强度RP。 2、了解球铰引伸计测量试样伸长量的原理，掌握球铰引伸计的安装、使用和读数方法，并能正确使用。 3、测定铝合金材料的规定残余延伸强度Rr0.2。 [使用仪器]     万能试验机或拉力试验机、表式引伸计、游标卡尺(最小分度不大于0.05 mm)、待测铝合金拉伸试样 [实验原理] 用卸荷法测定Rr0.2是利用逐次加载、卸载，每次卸载后看残余延伸是否达到规定的延伸值ΔL，若未达到就再加载、卸载，逐次逼近，直到卸载后的残余延伸达到或稍超过规定的延伸值ΔL为止。 用卸荷法测定Rr0.2时，要先计算出引伸计标距Le内产生0.2﹪残余变形时所对应的规定残余延伸值ΔL（ΔL= 0.2﹪Le），对应于这一规定残余延伸值的载荷值则为规定残余延伸载荷Fr0.2。 根据规定的残余延伸值ΔL和引伸计每一分度所对应的数值可以按下式计算出规定残余延伸值在引伸计上的分度数ΔN： ΔN =ΔL/引伸计每一分度值    （6-1） Fo No′ ΔN N(分度) 图6-1 Rr0.2的测定示意图 试验时应先对试样施加相当于预期规定延伸应力值10﹪的预拉载荷Fo（此值应化为整数），记下此时的引伸计读数No′（或调为0）作为条件零点。 从Fo起第一次施加载荷直至试样在引伸计标距内的长度上产生总延伸（相应于引伸计的分度数）为：N1 = No′＋ΔN +(1～2)分度（式中第一项为条件零点，第二项为规定的残余延伸分度数，第三项为预计的弹性延伸值——因为试样进入强化阶段后仍有少量弹性变形，所以要加1～2分度的弹性延伸值），保持力10～12 s后，将载荷降至Fo，记录此时引伸计上的分度数N1′，可得到第一次加载、卸载后的残余延伸分度数（见图6-1）： ΔN1= N1′ -No′ 以后每次施加载荷应使试样在引伸计标距内的长度上产生总延伸为：                   Ni=Ni-1+(ΔN－ΔNi-1)+(1～2)分度               (6-2) 式中i = 2，3，4，……，n。 保持载荷10 s ～12 s后，将载荷降至F0得到各次加载、卸载后的残余延伸分度数为： ΔN i = N i′－No′ 试验直至实测的残余延伸ΔLn（对应于引伸计的读数为ΔNn）等于或稍大于规定的残余伸长ΔL（对应于引伸计的分度数为ΔN）时为止。测定举例见附录。 用线性内插法计算相应于规定残余延伸载荷Fr0.2的估算值：                             （6-3） 则：规定残余延伸强度应按下式计算：             Rr0.2=Fr0.2/So                    （6-4） 式中So= πd2/4，为试样的原始横截面积。 [实验步骤] 1、用游标卡尺测量试样尺寸（方法同拉伸试验），填入记录表格，同时计算并记录其它相关数据。 2、试验机准备： 估计Fr0.2的数值，选择合适的量程，配上相应的砝码砣，并做好试验机的调零准备工作（注意：应消除试验机工作平台的自重）。 3、安装试样及球铰引伸计： 将试样安装到试验机上，然后装上引伸计（注意引伸计的正确安装，否则，测量数据将会有很大的误差），施加预拉载荷Fo，调整并读出、记录此时引伸计的读数No′（即条件零点）。 4、进行测量： 从Fo起第一次施加载荷直至试样在引伸计标距内的长度上产生总延伸（相应于引伸计的分度数）为：N1=No′＋ΔN＋(1～2)分度，记录第一次施加力时引伸计上的分度数N1（此为施加力读数），同时记录此时对应的力值F1。保持此载荷10 s～12 s后，将载荷降至Fo，再读出并记录此时引伸计上的分度数N1′（此为卸荷至预拉力的读数）。计算第一次加载、卸载后的残余延伸分度数ΔN1。 第二次从Fo施加载荷直至试样在引伸计标距内的长度上产生总延伸（相应于引伸计的分度数）为：N2=N1＋(ΔN－ΔN1)＋(1～2)分度，记录该次施加载荷时引伸计上的分度数N2（此为施加力读数），同时记录此时对应的载荷值F2。保持此载荷10 s～12 s后，将载荷降至Fo，再读出并记录此时引伸计上的分度数N2′（此为卸荷至预拉力的读数）。计算本次加载、卸载后的残余延伸分度数ΔN2。 同上述方法，再从Fo施加载荷直至试样在引伸计标距内的长度上产生总延伸为：Ni = Ni-1＋(ΔN－ΔNi-1)＋(1～2)分度（其中i =2，3，4，……），记录本次施加载荷时引伸计上的分度数Ni，同时记录此时对应的载荷值Fi。保持此载荷10s～12s后，将载荷降至Fo，再读出并记录此时引伸计上的分度数Ni′。计算本次加载、卸载后的残余延伸分度数ΔNi。 试验直至残余延伸分度数ΔNn达到或稍微超过规定的残余延伸值ΔN为止。 5、取下球铰引伸计，卸回预拉载荷，取下试样。将试验机恢复原状，并清理现场。 6、用线性内差法按（6-3）式确定规定残余延伸载荷Fr0.2，并按（6-4）式计算规定残余延伸强度Rr0.2。 [数据记录] 表6-1  试样原始尺寸的测量 位  置 截 面 I 截 面 II 截 面 III 最小横截面面积So/mm2 1 2 平均 1 2 平均 1 2 平均 直 径d/mm 引伸计标距Le=       mm，规定的残余延伸值ΔL= 0.2﹪Le =       mm 引伸计每一分度值=  mm， 规定残余延伸折算成引伸计的分度数ΔN=    分度 表6-2  载荷与残余延伸的测量 序号i 载荷Pi/N 加载读数Ni/分度 卸载读数Ni′/分度 残余延伸ΔN i/分度 0 —— —— 1 2 3 4 5 … [ 注意事项 软件开发合同注意事项软件销售合同注意事项电梯维保合同注意事项软件销售合同注意事项员工离职注意事项 ] 1、球铰引伸计的安装一定要正确，不能出现偏斜。 2、试验中，要控制好试验机送油阀，藉以控制加载速率。并且每当卸载至F0时应能稳定载荷10～12秒的时间，以供读数，并注意不要卸过。 3、加载速率应按规范要求控制：对于铝合金材料，由于其弹性模量E＜150 GPa，故在弹性范围内应力速率应控制在2～20 MPa/s之间，并应保持此速率，直至该性能测出为止。 4、在计算施加载荷延伸分度数时，当残余变形较小（前次残余伸长值＜ΔN/2分度）时加2分度，当残余变形较大（前次残余伸长值＞ΔN/2分度）时加1分度。 5、在施加载荷时，观察百分表的同学应提前10～20分度开始报数（一人逐分度格报数），加载荷的同学应根据报数速度控制油阀，以免加载过量。 附：卸荷方法测定规定残余延伸强度（Rr0.2）举例 试验材料：钢，预期的规定残余延伸强度Rr0.2≈800 MPa； 试样尺寸：d o =10.00mm，横截面积So = 78.54mm2 ； 引伸计：表示引伸计，1级准确度，标距Le=50mm，每一分度值0.01mm； 试验机：最大量程200 KN，选用度盘为100 KN； 试验速率：按照国标GB/T228－2002中的规定要求。 按照预期的规定残余延伸强度计算相应于力值10%的预拉载荷为： Fo=Rr0.2∙So×10%=6283.2 N 化整后取6000 N。此时，引伸计的条件零点为1分度。 使用的引伸计标距为50mm，测定规定残余延伸强度Rr0.2所要达到的残余延伸应为： ΔL=0.2﹪Le=0.2﹪×50=0.1 mm 将其折算成引伸计上的分度数为： ΔN=0.1÷0.01=10分度 从Fo起第一次施加载荷直至试样在引伸计标距内的长度上产生总延伸（相应于引伸计的分度数）为： N1 = 1＋10＋(1～2)=12～13分度 保持载荷10 s～12 s后，将载荷降至Fo，引伸计读数为2.3分度，即残余延伸为1.3分度。 第二次施加载荷直至引伸计达到读数为：在上一次读数13分度的基础上，加上规定残余延伸10分度与已得残余延伸1.3分度之差，再加上1～2分度，即 N2 =13＋(10－1.3)＋2=23.7分度（取24分度） 保持此载荷10 s～12 s，将载荷降至F0后得到7.3分度残余延伸读数。 第三次施加载荷直至引伸计达到的读数应为： 24＋(10－7.3)＋1=27.7分度（取28分度） 试验直至残余延伸读数达到或稍微超过10分度为止。试验记录见附表1。 附表1  载荷与残余延伸数据记录 序号i 载荷Pi/N 加载读数Ni/分度 卸载读数Ni′/分度 残余延伸ΔN i/分度 0 6 000 1.0 —— —— 1 41 000 13.0 2.3 1.3 2 57 000 24.0 8.3 7.3 3 61 000 28.0 10.7 9.7 4 62 000 29.0 11.5 10.5 规定残余残余延伸强度计算如下： 由附表1查出残余延伸读数最接近10分度的载荷值读数为61000 N，亦即测定的规定残余延伸力Fr0.2应在61000 N和62000 N之间。用线性内插法求得规定残余延伸力为： 于是得到： 按表22－3的要求修约后结果为： Rr0.2=780 MPa [思考题] 1、规定非比例延伸强度RP0.2与规定残余延伸强度Rr0.2有何区别？ 2、本试验中，要求施加载荷到Fo后再读取引伸计读数No′。能否使力值为零时读取引伸计的读数No′ ？为什么？