一般来说,材料在弹性变形阶段,其应力和应变成正比例关系(即符合胡克定律),其比例系数称为弹性模量。然而对于一部分合金材料来说,其弹性变形过程中应力应变并不成正比例关系,力-延伸率曲线图的弹性直线部分不能明确确定,这时可以使用滞后环法测试其弹性模量,进一步求出其规定塑性延伸强度。
SSL-CA20-331Excellence in Science Excellence in ScienceAGX-009 岛津企业管理(中国)有限公司-分析中心Shimadzu (China) Co., LTD.-Analytical Applications CenterEmail: sshzyan@shimadzu.com.cn Tel: 86(21)34193996http://www.shimadzu.com.cn 滞后环法测试铜合金的塑性延伸强度 Rp AGX-009 摘要::一般来说,材料在弹性变形阶段,其应力和应变成正比例关系(即符合胡克定律),其比例系数称为弹性模量。然而对于一部分合金材料来说,其弹性变形过程中应力应变并不成正比例关系,力-延伸率曲线图的弹性直线部分不能明确确定,这时可以使用滞后环法测试其弹性模量,进一步求出其规定塑性延伸强度。 关键词:滞后环法 弹性模量塑性延伸强度 塑性延伸强度Rp 作为材料最重要的一个参数之一,无论是设计、品控与研究方面都有着重要的参考价值。一般来说,弹性模量在材料在弹性变形阶段,其应力和应变成正比例关系。然而对于一部分合金来说,弹性变形阶段的力-延伸率曲线直线部分不能明确确定,这使得在不同范围内取值的弹性模量存在较 大的差异,导致其规定塑性延伸强度差异也会比较大。使用滞后环方法可以较准确的测试塑性延伸强度数值。本文参照《GB/T 34505-2017铜及铜合金材料室温拉伸试验方法》,使用岛津AGX-V 100kN 万能试验机对铜合金板材进行滞后环拉伸试验。 实验部分 1.1仪器 AGX-V 100kN 100kN气动形夹具 epsilon3542 引伸计 1.2试验条件 样品名称:黄铜板材试验类型:金属拉伸试验样品数量:2组试验速度:按照标准测试速度试验温度:室温传感器容量:100kN 试验介绍 本试验使用 AGX-V 100kN 万能试验机,搭配100kN气动楔形夹具进行试验。位移测量装置使用 epsilon3542引伸计。 滞后环法试验步骤:初始试验速度(在弹性阶段)使用 0.00025/s应变控制速率,达到预期规定塑性延伸强度后(本试验取160MPa,)),将力值卸载至已达到力值的10%,然后再继续加载,达到屈服阶段后切换10mm/min 速率拉伸至断裂。 非滞后环法试验步骤:初始试验速度(在弹性阶段)使用 0.00025/s应变控制速率,到达屈服阶段后切换至位移速率控制10mm/min 拉至样品断裂。为了测试规定塑延伸强度:过滞后环两端点画一直线,然后在横轴上与曲线原点距离等效于所规定的塑性延伸率的点,作平行于此直线的平行线,平行线与曲线的交截点的应力,则是规定塑性延伸强度。本试验规定塑性延伸强度取Rp0.2。 说明: e——延伸率; e,——规定的塑性延伸率; R ——应力; Rp ——规定塑性延伸强度。 图1滞后环测试示意图 图2样品尺寸图片 图3试验拉伸过程 表1样品尺寸数据 样品 宽度(mm) 厚度(mm) 1平行长度Lc(mm) 黄铜 15.03 2.0 65.00 试验结果 图4滞后环试验结果图像(弹性段) 以下试验为不使用滞后环法试验图像: 图5非滞后环法试验结果图像(弹性段) 表2试验结果数据 试验组 弹性模量(GPa) 规定塑性延伸强度Rp0.2(MPa) 滞后环法 102.656 171.526 非滞后环法(自动弹模计算) 96.012 178.917 非滞后环法(手动选取直线段) 88.608 179.391 从图表可得,有无使用滞后环法试验所得数据弹性模量数据有一定差距。 对于黄铜样品,其弹性阶段的直线阶段较不明显,使用滞后环法将样品加载至160 MPa 接近屈服,卸载至16Mpa后,重新加载至样品断裂,,计算所得的弹性模量为 102.656 GPa; 自动弹模计算是计算机通过整体图像直线整体趋势进行计算,所得结果为 96.012 GPa; 使用手动选取直线段则是在 10 MPa-120 MPa 区间内进行最小二乘法计算,所得结果为88.608 Gpa。 可以发现使用滞后环法与自动弹模进行确认的结果相近,与手动选取直线段相比结果差距较大。 滞后环法与非滞后环法区别:非滞后环法使用手动选取应力-应变曲线直线段某个区间进行拟合计算,根据所选区间不同其弹性模量变化较为明显。而滞后环法是以滞后环两端点连线的斜率来计算弹性模量,由机器自动得出,其所得弹性模量结果不会产生差异。 滞后环法优势:对于此类合金,直观选取某个范围测试其弹性模量变化较大,难以选到合理区域,采用滞后环法可以有效避开取值区间不合理的误区,其计算结果与整体趋势拟合的自动弹性模量更为接近。参考《GB/T34505-2017铜及铜合金材料室温拉伸试验方法》,对此类试验建议采用滞后环法进行试验,其它方式也可作为参考。 结论 岛津的AG 系列电子万能试验机可以自动控制滞后环法进行试验。对于在弹性阶段中,应力-应变不能用简单正比例关系代替的金属材料来说,该方法能有效避免弹性模量取值不准确的问题,且能自动的绘制曲线与弹性模量辅助线进行计算,所得结果可以自动得出,大大提升试验效率。 岛津应用云 塑性延伸强度Rp作为材料最重要的一个参数之一,无论是设计、品控与研究方面都有着重要的参考价值。一般来说,弹性模量在材料在弹性变形阶段,其应力和应变成正比例关系。然而对于一部分合金来说,弹性变形阶段的力-延伸率曲线直线部分不能明确确定,这使得在不同范围内取值的弹性模量存在较大的差异,导致其规定塑性延伸强度差异也会比较大。使用滞后环方法可以较准确的测试塑性延伸强度数值。本文参照《GB/T 34505-2017 铜及铜合金材料室温拉伸试验方法》,使用岛津AGX-V 100kN万能试验机对铜合金板材进行滞后环拉伸试验。
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