金屬拉伸扭轉(zhuǎn)試驗性能分析解析

金屬材料的扭轉(zhuǎn)拉伸試驗檢測項目包括：（1）拉伸試驗（高溫、室溫、低溫）。拉伸試驗是金屬材料物理性能測試的非常重要的一個部分，它是通過變化金屬材料所處位置的穩(wěn)定條件進(jìn)行的實驗，可以測出金屬材料的拉伸性質(zhì)；（2）彎曲試驗。金屬材料的疲勞性能可通過金屬材料的應(yīng)力測試；（3）沖擊試驗（高溫、室溫、低溫）。沖擊試驗的方法類似于拉伸試驗的方法；（4）剪切試驗；（5）硬度測試。

緊固件增碳試驗方法如何選擇

拉伸試驗

通過拉伸試驗測定金屬的彈性模量E、上屈服強度ReH、下屈服強度ReL、抗拉強度Rm、斷后伸長率A和斷面收縮率Z等力學(xué)性能指標(biāo)來評定金屬材料的性能。

試件介紹：根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)（GB228-2002）的統(tǒng)一規(guī)定。對于直徑為d0的圓形橫截面試件，短試件和長試件的標(biāo)距L0分別為5d0和10d0，，并取計算值的整5或整10的倍數(shù)作為原始標(biāo)距。本實驗采用圓形橫截面的短試件，即L0=5d0。當(dāng)d0≈8時，L0=40。

彈性模量計算：在測試曲線的前面直線段取2~5個點的數(shù)據(jù)，根據(jù)公式進(jìn)行試算。

F—載荷，S0—橫截面面積（取三處中最小一處的平均直徑計算），Le—引伸儀標(biāo)距，ΔL—試件在載荷F作用下，標(biāo)距Le段內(nèi)試件的變形，ΔF—載荷的增量、Δ(ΔL)—變形增量的平均值。

強度指標(biāo)：計算上屈服強度ReH、下屈服強度ReL和抗拉強度Rm。

塑性指標(biāo)：將斷口吻合，將斷口盡量放置在游標(biāo)卡尺的中間，量取4格內(nèi)的伸長量Lu。計算伸長率A：

注意，如果當(dāng)文件斷口不在中間部位，而在邊上第一格內(nèi)時，要用斷口移中法（可假想第一格之前還有一格，從而使斷口仍然位于游標(biāo)卡尺的中間。Lu=L1+L2。

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擺錘式?jīng)_擊試驗

基本原理

沖擊試驗是用以測定金屬材料抗缺口敏感性(韌性)的一種動態(tài)力學(xué)性能試驗，用來測定沖斷一定形狀的試樣所消耗的功，又叫沖擊韌性試驗。

材料變形速度不同，它所顯示的機械性質(zhì)會隨之發(fā)生變化。在工程上常采用“韌度”來表示材料抵抗沖擊的能力。將鋼制擺錘懸掛在軸上，并使擺錘向上擺起在一定位置（如圖1所示的α角），于是擺錘便具有了一定的勢能。試驗時，突然釋放擺錘，擺錘將繞軸下擺，沖擊安裝在基座上的試件，將試件沖斷，擺錘將揚起到另一個位置（如圖1所示β角），前后兩個位置的勢能差，即為將試件折斷所消耗的能量或稱為吸收功A。將A用帶缺口的截面面積F=8*10cm2除之，即得樣品材料的沖擊韌度αk。αk對材料品質(zhì)、內(nèi)部缺陷、晶粒大小特別敏感，所以常用來檢驗和對比材料。A或者αk吸收功越小，材料的韌性也就越低，反之則越大。αk值沒有明確物理意義，因為沖擊功并非沿著缺口處截面積均勻地消耗。因此αk值不能直接用于設(shè)計計算。

試件形狀

根據(jù)試樣形狀和破斷方式?jīng)_擊試驗分為彎曲沖擊試驗、扭轉(zhuǎn)沖擊試驗和拉伸沖擊試驗三種。橫梁式彎曲沖擊試驗法操作簡單應(yīng)用最廣,其試驗原理見原理圖。為了達(dá)到將試件折斷，一般要求在試件上加工制作缺口，中國有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)（GB229）規(guī)定采用橫梁式試驗法所用標(biāo)準(zhǔn)試樣以U形缺口試樣和V形缺口試樣為主。

受力分析

分析表明，折斷時，在缺口根部將發(fā)生應(yīng)力集中。圖3所示為彎曲沖擊時缺口截面的應(yīng)力分布圖。圖中缺口根部的N點，拉應(yīng)力很大。在缺口根部附近M點，材料處于三向拉應(yīng)力狀態(tài)，呈現(xiàn)脆性破壞方式（斷裂）。試驗表明，缺口的形狀、試件的絕對尺寸和材料的性質(zhì)等因素都會直接影響斷口附近參與塑性變形的體積。因此，沖擊試驗必須在規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)下進(jìn)行，同時，缺口的加工精度也十分重要，一般應(yīng)當(dāng)采用銑口加工。同一種金屬材料缺口越尖越深則塑性變形體積愈小。因此對于不同尺寸和缺口的試樣所得結(jié)果不能互相換算和比較。

試驗操作

設(shè)備為ZBC-2302-2沖擊試驗機，最大沖擊能量300J。

以下是操作過程。

A開機。在確認(rèn)儀表的電源線和信號連線連接無誤后，打開電源開關(guān)，約2秒后液晶顯示屏幕開始顯示，顯示應(yīng)正常，否則應(yīng)檢查系統(tǒng)是否有故障。

B測量并記錄試樣缺口截面的尺寸。

C清零。在擺錘自由下垂、靜止且無任何動作執(zhí)行的前提下，按[清零] 鍵。

D檢查空擺能量。在不放試樣的情況下，按[取擺]、[退銷]、[沖擊]、[放擺]步驟進(jìn)行若干次空擺沖擊，使吸收功顯示的空擺能量值趨于穩(wěn)定，并記錄該值。

E放置試樣。按[取擺]，將擺錘置于高點，并保持靜止。將試樣對中、側(cè)面貼緊砧座、缺口背向擺錘打擊面放置在砧座上。可使用專用的試樣夾鉗工具放置試樣。

F測試吸收功。注意確定擺錘沖擊半徑內(nèi)無人或物（除試樣外）在內(nèi)。按[退銷]、[沖擊]、[放擺]步驟進(jìn)行試驗，記錄吸收功（實際吸收功應(yīng)減去空擺能量值），記錄環(huán)境溫度。

注意：按[取擺]時，擺錘應(yīng)逆時針轉(zhuǎn)動。若方向不對，應(yīng)立即關(guān)閉電源。

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雙面剪切試驗

1、基本原理

在工程上，對于焊縫、銷釘、鉚釘及螺栓等聯(lián)接件，常常需要校核其抗剪強度。聯(lián)接件是用以連接兩塊板或者幾塊板的連接構(gòu)件，而板是承載體，依托銷孔固定或者傳遞作用力，所以聯(lián)接件往往承受一定的擠壓和橫向的剪切力。根據(jù)工程中的應(yīng)用情形，設(shè)計專用的剪切器，可以實現(xiàn)對聯(lián)接件的剪切強度的測試。不過由于裝配總是存在誤差和縫隙，因此這種剪切強度試驗，試件并非處于純剪應(yīng)力狀態(tài)，而同時還受到擠壓和彎曲的作用。

2、試件形狀

試件形狀一般為圓形或者矩形，為了減少受彎和局部擠壓的影響，試件盡可能加工成與對應(yīng)剪切夾具內(nèi)孔相匹配的尺寸。

3、受力分析

分析表明，剪斷時，在試件兩個剪切面上承受剪力。在剪切面上，有一定面積的擠壓現(xiàn)象。

剪切面受力示意圖

4、試驗操作

試驗設(shè)備為INSTRON電子拉壓試驗機，最大噸位50kN。以下是操作過程(INSTRON試驗機常規(guī)操作從略)。

A量取試樣尺寸并記錄。

B安裝試件至專用剪切器，注意盡可能保證試件兩端有相同的剩余長度。

C力值清零。進(jìn)入試驗界面，選擇“剪切試驗”方法，開始試驗。

D剪切過程中，應(yīng)觀察試樣變形情況，以及力與位移的變化曲線圖。

E斷裂后，觀察剪切斷面特征和試樣形狀。記錄試驗最大力。記錄環(huán)境溫度。

提示：試樣斷裂后，上夾頭如未脫出下夾頭，可按試驗機上升按鈕使之脫出。

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硬度測試

硬度測試主要有：維氏硬度測試、洛氏硬度測試、布氏硬度測試。在測試前需要注意對試樣進(jìn)行正確的處理，主要是保證試樣上下兩面要平行，必要時要進(jìn)行鑲樣。還有當(dāng)試樣表面有涂層時，需要磨掉涂層，對基材進(jìn)行測試。對試樣進(jìn)行加工時注意不要對其硬度造成改變。