金属拉伸试验是材料科学中常用的一种方法,用于评估金属材料在拉伸载荷下的力学性能。通过对金属试样的拉伸,可以得到一系列重要的机械性能参数,如弹性模量、屈服强度、抗拉强度、延伸率等。这些参数对于理解材料的行为以及在工程设计中的应用至关重要。
金属拉伸变形通常可以分为四个阶段:
弹性阶段:在这一阶段,金属试样受到外力作用后发生的变形是弹性的,即应力与应变成正比关系(遵循胡克定律)。
当外力移除后,试样会完全恢复到原始形状。
主要性能参数包括弹性模量(Young's modulus)和比例极限(proportional limit)。
屈服阶段:当应力达到一定值时,即使应力不再增加,试样也会继续发生变形,这时进入了屈服阶段。
屈服点标志着材料开始出现不可逆的塑性变形。
通常定义的屈服点有两种:上屈服点(upper yield point)和下屈服点(lower yield point),其中下屈服点更为常用。
强化阶段:在屈服之后,随着应力的继续增加,材料的变形抗力也增加,表现为材料的硬化。
强化阶段显示了材料的加工硬化能力,即随着塑性变形的增加,材料的强度也会增加。
强化阶段中的最高点代表材料的最大抗拉强度。
颈缩阶段:当试样承受的应力超过了其最大抗拉强度时,会在试样某一局部区域形成颈缩现象。
颈缩处的截面积减小,导致局部应力集中。
最终,试样会在颈缩处发生断裂。
通过拉伸试验,可以获得应力-应变曲线,该曲线直观地展示了金属材料在拉伸过程中的力学响应。曲线的不同阶段对应于材料的不同力学特性。
弹性模量(E):弹性阶段直线部分的斜率,反映了材料抵抗弹性变形的能力。
屈服强度:通常定义为0.2%偏移屈服强度,即在0.2%塑性应变时对应的应力值。
抗拉强度:材料所能承受的最大应力。
延伸率(或伸长率):断裂时试样长度的增加量与原始长度之比,反映了材料的塑性。