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（γ及-γ）、

凸耳参数（△γ）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F s和最大载荷F max，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 、δ

k

1、确定板材σs 、σb 、σs /σb 、δu 、δk

σs 、σb 及σs /σb 由下式确定：

σs =00A F 或σ0。2=2

02.0/.mm N A F （MPa ）

σb =0max

A F 2/,mm N （MPa ） 式中F s ——屈服时的载荷 ，N ；

F 0.2——相对伸长为0.2时的载荷，N ；

F max ——拉伸最大载荷，N ；

A 0 ——试样原始横截面积，mm 2。

δu 及δk 由下式确定：

δu =%10000?-L L L u

δk =%10000?-L L L k

式中 0L ——试样原始标距长度，mm ；

u L ——试样产生细颈时的标距长度，mm ；

k L ——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

∈=ln 0L L = ln =?+00L L L ln (1+ε) （1）

纵坐标变换为真实应力

)1()1(00εσε+=+==A F A F S （2） 式中 ∈——对数应变（真实应变）；

ε——相对应变，ε=△L/L 0；

△L ——试样标距的伸长，mm ；

S ——真实应力，N/mm 2；

σ0——名义应力，N/mm 2；

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/mm 2;

∈——真实应变；

B ——与材料有关的系数， N/mm 2;

n ——应变硬化指数。

将式（3）两边取对数，有

lg lg lg n B S +=∈ （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（F 1，△L 1）和（F 2，△L 2），按式（1）和（2）换算得（S 1，∈1）和（S 2，∈2），分别代入到式（4）中，消去lg B 项，便得

12

12

lg lg

∈∈=S S n （5） 4、确定塑性应变比γ及凸耳参数△γ

塑性应变比γ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γ值：

00ln ln

t t b b

a b =∈∈=γ （6）

式中 b ∈——试样的宽度应变，b ∈=0ln

b b ；

a ∈——试样的厚向应变，a ∈=0ln

t t ； b 0、t 0——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γ值，一般按下式计算平均塑性应变比-γ：

)2(4190450γγγγ++=- （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，γ?表示，可按下式计算：

45900)(21γγγγ-+=? （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：

)(1b t ∈+∈-=∈ （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b 0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b 1和标距长度L 1。

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：

221214''4arcsin )4'(h b h b t h b h b +-+= （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 、γ、-γ及△γ。