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等力學性能指標來評定金屬材料的性能。
試件介紹:根據(jù)國家標準(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)作為原始標距。本實驗采用圓形橫截面的短試件,即L0=5d0。當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—引伸儀標距,ΔL—試件在載荷F作用下,標距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:計算上屈服強度ReH、下屈服強度ReL和抗拉強度Rm。
塑性指標:將斷口吻合,將斷口盡量放置在游標卡尺的中間,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用最廣,其試驗原理見原理圖。為了達到將試件折斷,一般要求在試件上加工制作缺口,中國有關(guān)標準(GB229)規(guī)定采用橫梁式試驗法所用標準試樣以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)生應力集中。圖3所示為彎曲沖擊時缺口截面的應力分布圖。圖中缺口根部的N點,拉應力很大。在缺口根部附近M點,材料處于三向拉應力狀態(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)定的標準下進行,同時,缺口的加工精度也十分重要,一般應當采用銑口加工。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,顯示應正常,否則應檢查系統(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??墒褂脤S玫脑嚇訆A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]步驟進行試驗,記錄吸收功(實際吸收功應減去空擺能量值),記錄環(huán)境溫度。
注意:按[取擺]時,擺錘應逆時針轉(zhuǎn)動。若方向不對,應立即關(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)工程中的應用情形,設計專用的剪切器,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。進入試驗界面,選擇“剪切試驗”方法,開始試驗。
D剪切過程中,應觀察試樣變形情況,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,必要時要進行鑲樣。還有當試樣表面有涂層時,需要磨掉涂層,對基材進行測試。對試樣進行加工時注意不要對其硬度造成改變。