应变的单位(材料应变的单位是什么)

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1次拉伸试验

1.1概述

拉伸试验是在静态轴向拉力的恒定作用下，将标准拉伸试样以规定的拉伸速度拉至断裂，通过连续记录拉伸过程中的力和伸长率，得到强度判据和塑性判据的力学性能试验。

强度指标:弹性极限、屈服强度、抗拉强度；

塑性指数:断后伸长率和断面收缩率。

1.2概念

应力:应力是作用在它所作用的面积上的力，用N/mm2表示，公制单位，用千帕(kPa)或兆帕(MPa)表示。

应变:是被测材料尺寸的变化率，是加载后应力引起的尺寸变化。因为应变是变化率，所以没有单位。

原始计量距离(Lo):施加力之前样品的计量距离。

断裂标距(Lu):试样断裂后的标距。

平行长度(Lc):样品两个头部或两个夹持部分(无头部样品)之间平行部分的长度。

断裂后伸长率(A):它是断裂后规格的残余伸长率(Lu-Lo)与原始规格(Lo)之比的百分比。

断面收缩率(z):断裂后试样截面积的最大减少量(So-Su)与原始截面积(So)之比的百分比。

最大力(Fm):屈服阶段后样品所能抵抗的最大力。

屈服强度:当金属材料出现屈服现象时，达到发生塑性变形的应力点，试验时力不增加。

上限屈服强度:样品屈服前的最高应力，力第一次下降。

较低的屈服强度:屈服期间的最低应力，不考虑初始瞬时效应。

1.3拉伸应力-应变曲线

以低碳钢的拉伸应力应变曲线为例。

弹性状态

金属在弹性变形阶段，其应力和应变成正比，符合虎克定律，即σ = e ε，其比例系数e称为弹性模量。

弹性极限σp与比例极限σ e非常接近，在工程实践中，近似用比例极限代替弹性极限。

屈服阶段

屈服强度:当金属材料出现屈服现象时，达到发生塑性变形的应力点，试验时力不增加。应该区分上屈服强度和下屈服强度。通常，较低屈服点对应的应力值称为屈服强度。

强化阶段

屈服阶段后，曲线从C点开始逐渐上升，说明为了增加应变，必须增加应力，材料已经恢复了抵抗变形的能力。这种现象称为强化，CD段称为强化阶段(加工硬化)。

曲线最高点对应的应力值称为材料的抗拉强度(或强度极限)，这是衡量材料强度的另一个重要指标。强度是材料在整个拉伸过程中所能承受的最大拉力。

颈缩阶段

当曲线到达D点时，在试样的一个薄弱部位(不均匀或有缺陷的材料)，变形显著增加，有效截面急剧减小，出现颈缩现象。之后，试样的轴向变形主要集中在颈缩处，试样最终在颈缩处被拉脱。

a是低碳钢的应力应变曲线，有锯齿状的屈服阶段，上下屈服，均匀塑性变形后颈缩，然后试样断裂；

b是中碳钢的应力-应变曲线。它有一个收益率阶段，但是波动很小，几乎是一条直线。均匀塑性变形后形成缩颈，然后试样断裂。

c是中低温回火钢淬火后的应力应变曲线。它没有可见的屈服阶段。均匀塑性变形后，发生颈缩，然后试样断裂。

d是铸铁和淬火钢等脆性材料的应力-应变曲线。它不仅没有屈服阶段，而且在少量均匀塑性变形后突然断裂。

1.4拉伸试样的形状和尺寸

拉伸试样的一般形状

样品制备:压制坯、铸锭、非等截面产品；

无需加工样品:等截面的型材、棒材、线材、铸件样品；

横截面形状:圆形、矩形、多边形、环形、其他形状；

样品的原始计量距离:

样本:Lo=kSo1/2(短样本:k = 5.65长比例样本:k=11.3)

非比例样本:Lo与So1/2无关。

圆形截面拉伸试样的形状和尺寸符号

比例样本量

原始直径D0: 3，5，6，8，10，15，20，25，优选5，10，20毫米。

原轨距L0≥15mm，短样(优先)L0=5d0，长样L0=10d0。

并联长度LC ≥ L0+d0/2，仲裁测试:LC=Lo+2d0

总样品长度Lt取决于夹紧方法，原则上

过渡半径r≥0.75d0

矩形截面拉伸试样的形状和尺寸符号

原始厚度B0 >:3毫米

原规距L0:短样(优先)L0=5.65s01/2，长样L0 = 11.3 s01/2；如果l0 < 15mm毫米，使用非比例样品。

并联长度LC≥Lo+1.5s01/2，仲裁测试:LC=Lo+2s01/2

过渡半径r≥12mm。

原始宽度b0=12.5，20，25毫米

头部宽度≥1.2b0

过渡半径r≥20毫米

B0 = 12.5mm毫米，L0 = 50mm毫米，带引线的LC = 75毫米，不带引线的LC = 87.5毫米。

B0=20.0mm，L0=80mm，领先LC=120mm，不领先LC=140mm。

B0=25.0mm，L0=50mm，领先LC=100mm，不领先LC=120mm。

加工样品

未加工标本

1.5拉伸试验前的准备

(1)取样和样品制备

取样位置、取样方向和取样数量是对材料性能测试结果有较大影响的三个因素，称为取样三要素。

坯料的切割位置、方向和数量应符合相关产品标准GB/T 2975—2018《钢及钢材机械性能的取样位置和制样》或协议的规定。

抽样法

对原材料(型材、棒材、板材、管材、线材、带材等)进行直接取样测试。);

从产品的重要部分(最薄弱和最危险的部分)取样和测试；

用物理部件直接测试，如钢条、螺栓、螺钉或链条；

铸件样品直接测试或加工成测试样品。

(2)样品加工

防止冷变形或热影响其机械性能。通常，切割是可取的；

平行段应光滑，无加工硬化、缺口、刀痕、毛刺和其他缺陷；

脆性材料的夹紧部分和平行段应有半径较大的圆弧过渡；

必须去除未加工铸件表面的夹砂、夹渣、毛刺和飞边。

(3)样品检验和标记

试验前检查样品外观是否符合要求；

样品的原始标距一般用细线或墨线标定，采用的方法不会影响样品的过早断裂；

对于超薄或脆性材料，可在样品的平行截面涂快干着色漆，然后轻划划线。

(4)尺寸测量(样品的原始横截面积)

圆形截面试样:在标距两端和中间三个截面上互相垂直的两个方向上测量一个圆的直径，用各处两个方向测量的直径的算术平均值计算截面面积；取三处测量的横截面积的平均值作为样品的原始横截面积。(S0=1/4πd02)

矩形截面试样:在量规两端和中间的截面上测量宽度和厚度，取三处测量的截面积的平均值作为试样的原始截面积。(S0=a0×b0)

1.6拉伸试验设备

拉力试验机又称万能材料试验机。

万能试验机是用来测试各种材料的静载荷、拉伸、压缩、弯曲、剪切、撕裂、剥离等力学性能的试验机。万能试验机由加载机构、试样夹紧机构、记录机构和测力机构组成。

标准:GB/T 16491—2008电子万能试验机

夹紧装置用于成功测试不同形状、尺寸和材料的样品。用来测量微小塑性变形的长度测量仪器。

测试设备校准:

万能试验机:GB/T 16825.1—2008静态单轴试验机的测试第1部分:拉伸和压力试验机测力系统的测试和校准GB/T 16825.2—2005静态单轴试验机的测试第2部分:拉伸蠕变试验机施加的力的测试

引伸计:GB/T 12160—2002单轴试验用引伸计的校准

电子万能试验机及其结构

气动夹具(左)，液压夹具(右)

CSS2210电子万能试验机引伸计(左)、WDW-100电子万能试验机引伸计(右)

1.7拉伸试验步骤

“

2个绩效指标

2.1弹性

弹性模量E(E=σ/ε)代表材料抵抗法向应变的能力。工程弹性模量称为材料的刚度，代表金属材料抵抗弹性变形的能力。其值越大，相同应力状态下的弹性变形越小。

比弹性模量是弹性模量与密度的比值。

2.2强度

材料的强度通常用单位面积上的力来表示。(单位:帕、兆帕、牛顿/平方米)

抗拉强度(或强度极限)是指试样在断裂前所能承受的最大工程应力，用于表征材料对最大均匀塑性变形的抵抗能力。

上限屈服强度:ReH=FeH/S0

较低的屈服强度:ReL=FeL/S0

拉伸强度:Rm=Fm/S0

OA-总变形量；ba-弹性变形99.8%；塑性变形0.2%

(条件屈服强度:Rp0.2表示指定塑性伸长率为0.2%时的相应应力)

硬钢(高碳钢)强度高，塑性差，拉伸过程中没有明显的屈服阶段，无法直接测量屈服强度。用条件屈服强度代替屈服强度。

2.3可塑性

金属断裂前的塑性变形包括均匀塑性变形和集中塑性变形。拉伸至颈缩前试样的塑性变形为均匀塑性变形，颈缩后颈缩区的塑性变形为集中塑性变形。

试件被拉脱后，弹性变形消失，但塑性变形仍然存在。在工程上，材料的塑性指数是用试样拉脱后留下的变形来表示的。

常用的塑性指标有两个:断后伸长率A=[(Lu-L0)/L0]×100%，面积收缩率Z=[(S0-Su)/S0] ×100%。

2.4应变硬化

在真应力-真应变曲线中，应力与应变的关系为Hollomon，即S=Ken(n为加工硬化指数或应变硬化指数)。

应变硬化指数n反映了材料开始屈服并继续变形后的应变硬化，它决定了材料开始收缩时的最大应力σb。形变硬化是提高材料强度的重要手段。

工程应力应变曲线与真实应力应变曲线的比较

2.5韧性

韧性是指材料在断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。

韧性是衡量材料韧性的力学性能指标，分为静态韧性、冲击韧性和断裂韧性。

静态韧性是指金属材料在静态拉伸过程中，单位体积的材料断裂前所吸收的功，是强度和塑性的综合指标。韧性是应力-应变曲线下的面积。”

3相关标准