系列缺口试样静拉伸实验及断口形貌观察.doc

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1、系列缺口试样静拉伸实验及断口形貌观察材料实验中心实验报告同组实验者：指导教师：一、实验目的1•了解万能材料试验机的结构及工作原理，常握其使用方法。2.对比具有不同尺寸缺口的圆柱形试样的断裂伸长率、断面收缩率以及其断口的宏观形貌。3.分析圆柱形试样的“缺口效应”。二、实验原理横截面均匀的光滑试样在静拉伸条件下的力学性能测定实验，在材料力学实验的课程中己经详细介绍，并分析对比了塑性材料和脆性材料的断口形貌、断裂延伸率、断面收缩率和应力■应变曲线，同吋也根据应力■应变曲线，学习了金属材料在拉伸条件下的力学性能指标屈服强度和抗拉强度。本实验研究的是在室温条件下，具冇不同缺

2、口尺寸的试样在静拉伸是的力学性能即断裂机制，其所用到的材料为正火处理的45#钢，该材料在室温下表现为塑性材料。根据材料力学性能理论知识易知,对于整理横截面均匀的光滑试样,如果存在缺口，则在静拉伸作用下，缺口横截面上的应力状态将发生改变,这就是我们所说的“缺口效应”。“缺口效应”包括两个方面，第一个就是缺口会引起应力集中，并改变缺口前方的应力状态，使缺口式样或机件中所受的应力由原來的单向应力状态变为两向三向应力状态。这使得对于存在缺口的脆性材料，由于应力状态的改变和应力集屮的出现，其抗拉强度相对于光滑试样较低；第二个重要的方面是对于塑性材料来说的，同样由于三向应力和

3、应理集中的存在，约束了材料内部的塑性变形，具有缺口的犁性材料的屈服应力比单向拉伸时耍高，这就是“缺口强化”。也就是说缺口使塑性材料的强度升高，塑性降低。根据以上两个方面可以得出结论,缺口能使材料产生脆变的倾向，为了评定其脆变倾向，就需要对缺口试样进行静拉伸实验。缺口静拉伸实验，广泛用于研究高强度钢（淬火低中温回火）的力学性能、材料实验中心钢和钛的氢脆，以及用于研究高温合金的缺口敏感性等。缺口敏感性能指标用缺口式样的抗拉强度obn与均匀截面尺寸光滑试样的抗拉强度ob的比值表示，称为缺口敏感度，表示为NSR。它与材料的塑性指标一样，也是安全性的力学性能指标，在实际的生

4、产屮，只能根据使用经验或试验确定对NRS的要求，不能进行定量计算。另外，在进行缺口试样偏斜拉伸试验时，因试样同时承受拉伸和弯曲载荷的复合作用，故其应力状态更“硬”，缺口截血上的应力分布更不均匀，因而更能显示材料对缺口的敏感性。三、实验设备及材料K实验设备：万能材料试验机、游标卡尺，计算机。2、实验材料：45#钢正火材料（具有不同尺寸缺口的圆柱形拉伸试样）。四、实验内容1＞制备样品首先,对45#钢进行正火处理，加工成横截面均匀的光滑圆柱形拉伸专用试样，分为六组（整体尺寸相同），编号为1#、2#、3#、4#、5#、6#；然后，在试样长度方向的屮间位置开缺后，其屮1#不

5、开缺口（均匀光滑试样），6#开缺口角度为90°（垂直于表面），2#5#缺口角度从小到大介于0°到90°之间，注意六个试样的缺口位置的最小直径相同。材料实验中心2、拉伸试验（1）预处理：在拉伸开始前，首先测得试样缺口处的直径，在径向标记两点（距离大概100mm）并测得其间的距离，输入到计算机中，为计算机自动计算其断面收缩率和断裂伸长率做准备。（2）拉伸试验：按照万能材料试验机的操作方法，首先把试样装夹好，然后在计算机上设定实验编号、加载速率、加载重量以及所测指标和试样标准等试验参数。最后，启动试验机，开始拉伸，直到试样断裂，试验机自动停车。（3）后处理：拉伸结束后，

6、取下试样，把拉断的两段试样结合在一起，用游标卡尺再测得断口处的直径和实验前标记的两点间的距离，输入计算机，自动计算出需要的力学性能指标。（4）重复实验步骤（1）（2）（3）,进行下一组试样的试验，直至六组试样全部测完。（5）观察断口：在放大镜下观察对比六组试样的断口形貌，分析其它们的断裂机制有何不同。五、试验结果及分析1、实验结果对六组试样全部进行完拉伸试验后，从计算机内导出实验过程中的性能指标，并加以整理得到如表1所示的试验数据。表1试验数据2、结果分析根据表1中的实验结果数据分析，可以得出如图1到图4所示的，缺口试样的抗拉强度ob、断后伸长率§、断血收缩率巾和

7、NSR（缺口敏感度）随缺口尺寸角度的变化情况。材料实验屮心分析以上四个图，可以得出如下结论：随着缺口角度的增大，正火45#钢的抗拉强度有所提高，断面收缩率和断裂伸长率急剧下降，而缺口敏感度NSR则呈现出上升的趋势。结合实验原理分析其原因，可以推测随着缺口尺寸的增大，正火45#钢材料的缺口效应逐渐明显，出现三向应力状态和应力集屮现象，缺口强化也表现出来，材料的脆性逐渐增强，塑性逐渐降低。3、缺口形貌分析通过在放大镜下观察观察对比六个试样断口的形貌，可以发现，从1#到6#试样，断口三要素中的放射区逐渐减小，直至消失，也就是说缺口的角度越大，放射区越小。由于材料的脆性越

8、大，放射区