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揭秘金屬拉伸試驗(yàn)機(jī)

來源:山東萬辰試驗(yàn)機(jī)有限公司   2025年06月20日 09:58  
  金屬拉伸試驗(yàn)機(jī)是一種??用于測(cè)量金屬材料在受到軸向拉伸載荷直至斷裂破壞過程中的力學(xué)性能的專用檢測(cè)設(shè)備??。它是材料力學(xué)性能測(cè)試中基礎(chǔ)、重要、應(yīng)用較為廣泛的設(shè)備之一,通過標(biāo)準(zhǔn)化的拉伸測(cè)試,可以獲取評(píng)價(jià)金屬材料質(zhì)量與性能的一系列關(guān)鍵指標(biāo)。
 
  一、主要組成部分
 
  1??.主機(jī)框架:?? 通常是剛性非常高的“門”式框架,為測(cè)試提供穩(wěn)固的基礎(chǔ)。
 
  2??.動(dòng)力加載系統(tǒng):??
 
  ??電機(jī):?? 通常是伺服電機(jī),提供精確的動(dòng)力源。
 
  ??傳動(dòng)機(jī)構(gòu):?? 將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為上下壓板/橫梁的直線運(yùn)動(dòng)(通常使用滾珠絲杠或齒輪齒條)。
 
  ??橫梁(或上下壓板):?? 可移動(dòng)的部件,一端連接夾具。電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠旋轉(zhuǎn),帶動(dòng)橫梁移動(dòng)對(duì)試樣施加拉力或壓力(本介紹主要針對(duì)拉伸)。
 
  ??3.夾持裝置(夾具):?? 用于固定試樣兩端,確保力能有效地傳遞給試樣。??這是拉伸測(cè)試的關(guān)鍵部件!?? 常見的夾具類型有:
 
  ??楔形夾具:?? 應(yīng)用廣泛,依靠楔塊的自緊原理夾緊試樣,夾持力隨拉力增大而增大。
 
  ??螺紋夾具:?? 通過螺釘直接擰緊壓板夾持試樣,適用于帶螺紋端的棒材。
 
  ??氣動(dòng)/液壓夾具:?? 提供恒定夾持力,適用于特殊需求,自動(dòng)化程度高。
 
  ??4.測(cè)力系統(tǒng)(傳感器):??
 
  ??力傳感器:?? 安裝在橫梁或固定框架與夾具之間,核心部件,高精度測(cè)量試樣所受的軸向力(F)。傳感器將力信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)輸出。
 
  ??5.變形測(cè)量系統(tǒng)(引伸計(jì)):??
 
  ??引伸計(jì):?? 直接夾在試樣標(biāo)距(平行段)上,高精度測(cè)量試樣在拉伸過程中的??變形量(ΔL)或應(yīng)變(ε)??。它是獲得彈性模量、規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度、斷裂延伸率等關(guān)鍵參數(shù)的重要工具。測(cè)試后期(試樣接近斷裂)通常需要取下引伸計(jì)防止損壞。
 
  ??光電/視頻引伸計(jì):?? 利用非接觸方式測(cè)量試樣表面的變形,適用于特殊試樣或高溫等環(huán)境。
 
  ??6.位移測(cè)量系統(tǒng):??
 
  ??光柵尺/編碼器:?? 通常安裝在橫梁移動(dòng)機(jī)構(gòu)上,測(cè)量橫梁的移動(dòng)距離(位移)。雖然不如引伸計(jì)精確,但在沒有安裝引伸計(jì)時(shí)可以用于估算大變形,并控制橫梁速度。
 
  7??.控制系統(tǒng):??
 
  以工業(yè)計(jì)算機(jī)(PC)或嵌入式系統(tǒng)為核心,配備專業(yè)的測(cè)試軟件。
 
  ??主要功能:??
 
  控制試驗(yàn)過程(設(shè)定加載速度、控制模式如位移控制、力控制、應(yīng)變控制等)。
 
  實(shí)時(shí)采集力(F)、變形(ΔL)、位移(D)、時(shí)間(T)等原始數(shù)據(jù)。
 
  計(jì)算和顯示應(yīng)力(σ = F / A?)與應(yīng)變(ε = ΔL / L?)曲線,其中 A? 是原始橫截面積,L? 是原始標(biāo)距長(zhǎng)度。
 
  根據(jù)預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)計(jì)算各項(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo)。
 
  保存試驗(yàn)數(shù)據(jù)、曲線,生成測(cè)試報(bào)告。
 
  ??8.數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng):?? 集成在控制系統(tǒng)中,高速、高精度地采集和處理來自傳感器和引伸計(jì)的模擬/數(shù)字信號(hào)。
 
  二、測(cè)試工作原理
 
  ??1.試樣準(zhǔn)備:?? 按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求,將金屬材料加工成規(guī)定尺寸和形狀的試樣。
 
  ??2.試樣安裝:?? 將試樣兩端分別安裝在上、下夾具中,確保試樣軸線與受力方向一致。安裝引伸計(jì)到試樣標(biāo)距部分。
 
  ??3.設(shè)定參數(shù):?? 在控制軟件中輸入試樣尺寸、材料類型、測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)、加載速度等參數(shù)。
 
  ??4.開始測(cè)試:?? 啟動(dòng)試驗(yàn)機(jī)。電機(jī)根據(jù)設(shè)定的速度驅(qū)動(dòng)橫梁向上移動(dòng),對(duì)下方固定的試樣施加緩慢遞增的軸向拉伸力(或橫梁向下移動(dòng)拉伸上夾具內(nèi)的試樣)。
 
  5??.數(shù)據(jù)采集:?? 力傳感器實(shí)時(shí)記錄施加的力(F)。引伸計(jì)(和位移傳感器)實(shí)時(shí)記錄標(biāo)距內(nèi)的變形(ΔL)和整體的位移(D)。
 
  ??6.過程觀察:?? 試樣在拉伸力作用下:
 
  首先發(fā)生??彈性變形??:力卸除后變形能恢復(fù)。應(yīng)力-應(yīng)變曲線呈直線,斜率即彈性模量(E)。
 
  繼續(xù)加載進(jìn)入??屈服階段??:許多金屬材料會(huì)經(jīng)歷明顯的屈服點(diǎn)或無明顯屈服點(diǎn)的連續(xù)屈服,此時(shí)試樣開始發(fā)生不可恢復(fù)的塑性變形。
 
  ??塑性變形階段(強(qiáng)化階段)??:試樣整體均勻伸長(zhǎng)變細(xì),需要更大的力才能使其繼續(xù)變形(發(fā)生加工硬化)。
 
  ??縮頸階段(局部塑性變形)??:力達(dá)到最大值后,試樣某一局部截面顯著變細(xì)(縮頸現(xiàn)象),力開始下降。
 
  ??斷裂:?? 試樣在縮頸處最終被拉斷。
 
  ??7.數(shù)據(jù)計(jì)算與分析:?? 軟件將采集到的原始數(shù)據(jù)(F,ΔL/D)轉(zhuǎn)換成工程應(yīng)力(σ)和工程應(yīng)變(ε),繪出??工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線??。然后根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)算法,自動(dòng)計(jì)算各項(xiàng)性能指標(biāo)(見下文)。引伸計(jì)通常在縮頸開始前取下。
 
  ??8.結(jié)果輸出:?? 生成詳細(xì)的試驗(yàn)報(bào)告,包含曲線圖和所有關(guān)鍵性能指標(biāo)。
 
  三、主要測(cè)量的力學(xué)性能參數(shù)
 
  ??1.屈服強(qiáng)度:??
 
  ??上屈服強(qiáng)度(ReH):?? 試樣在發(fā)生屈服而力初次下降前的最大應(yīng)力。
 
  ??下屈服強(qiáng)度(ReL):?? 在屈服期間,不計(jì)初始瞬時(shí)效應(yīng)時(shí)的應(yīng)力。
 
  ??規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度(Rp):?? 達(dá)到規(guī)定非比例延伸率時(shí)的應(yīng)力。表示材料抵抗塑性變形的能力。
 
  ??2.抗拉強(qiáng)度(Rm):?? 拉伸過程中達(dá)到的最大應(yīng)力(最大力除以原始橫截面積 A?)。是材料所能承受的最大名義應(yīng)力。
 
  ??3.斷裂強(qiáng)度:?? 試樣斷裂瞬間所承受的應(yīng)力(斷裂力除以 A?)。
 
  ??4.斷后伸長(zhǎng)率(A):?? 試樣拉斷后,標(biāo)距部分的殘余伸長(zhǎng)量與原始標(biāo)距長(zhǎng)度的百分比(A = [(Lu - L?) / L?] × 100%)。表示材料的塑性變形能力。
 
  ??5.斷面收縮率(Z):?? 試樣拉斷后,縮頸處橫截面積的最大縮減量(A? - A?)與原始橫截面積 A? 的百分比(Z = [(A? - A?) / A?] × 100%)。也是衡量材料塑性的指標(biāo)。
 
  6??.彈性模量(E):?? 應(yīng)力-應(yīng)變曲線在彈性變形階段(初始直線段)的斜率。表示材料抵抗彈性變形的能力(剛度)。計(jì)算需要精確的引伸計(jì)數(shù)據(jù)。
 
  ??7.泊松比(ν):?? 在彈性階段,橫向應(yīng)變與軸向應(yīng)變的絕對(duì)值之比(需要同時(shí)測(cè)量軸向和橫向應(yīng)變的引伸計(jì))。
 
  四、應(yīng)用領(lǐng)域
 
  ??1.原材料質(zhì)量控制:?? 進(jìn)貨檢驗(yàn),確保材料符合采購(gòu)標(biāo)準(zhǔn)。
 
  ??2.產(chǎn)品性能驗(yàn)證:?? 成品或零部件的力學(xué)性能檢測(cè)。
 
  ??3.研發(fā)與設(shè)計(jì):?? 新材料開發(fā)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)選材的力學(xué)依據(jù)。
 
  ??4.工藝優(yōu)化:?? 熱處理、焊接、鑄造、軋制等工藝對(duì)材料性能影響的研究。
 
  ??5.失效分析:?? 追溯事故原因,分析材料失效模式。
 
  ??6.符合性測(cè)試:?? 確保產(chǎn)品符合國(guó)內(nèi)外相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)要求(如建筑、航空航天、汽車、機(jī)械制造、壓力容器等)。
 
  總結(jié)
 
  金屬拉伸試驗(yàn)機(jī)是現(xiàn)代材料科學(xué)、產(chǎn)品質(zhì)量控制和工程設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵設(shè)備。它通過高度自動(dòng)化的加載、測(cè)量和數(shù)據(jù)分析過程,精確地揭示了金屬材料在拉伸載荷下的強(qiáng)度、塑性、剛度等核心力學(xué)性能。這些數(shù)據(jù)直接指導(dǎo)材料的選擇、產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造以及工藝的優(yōu)化,是保障工業(yè)安全、促進(jìn)技術(shù)進(jìn)步的基礎(chǔ)工具。

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