Испытание на растяжение и механические свойства материалов
2025-09-10
Испытание на растяжение и механические свойства материалов
Испытание на растяжение является наиболее фундаментальным методом определения механических свойств материалов. Путем приложения осевой растягивающей силы к стандартному образцу и записи кривой зависимости силы от перемещения, далее анализируются ключевые механические показатели материала, такие как прочность, пластичность и упругость.
1. Основная цель испытания на растяжение
Путем моделирования процесса деформации и разрушения материалов под действием осевой силы, количественно определяется способность материала сопротивляться внешним силам (прочность) и способность к деформации (пластичность), что служит основой для выбора материала, проектирования конструкций и контроля качества.
2. Ключевые показатели механических свойств, полученные в результате испытания
На основе кривой растяжения (кривой напряжение-деформация) можно извлечь следующие основные показатели. Их физические значения и сценарии применения показаны в таблице ниже:
Показатель свойства
Определение (основное описание)
Физическое значение / Сценарий применения
Модуль упругости (E)
Отношение напряжения к деформации на упругой стадии (показатель "жесткости")
Отражает способность материала сопротивляться упругой деформации; например, механические детали требуют высокого E для обеспечения стабильности размеров
Предел текучести (σₛ)
Минимальное напряжение, при котором материал начинает подвергаться пластической деформации (сопротивление пластической деформации)
Ключевая основа для проектирования конструкций для предотвращения разрушения деталей из-за пластической деформации
Предел прочности (σᵦ)
Максимальное растягивающее напряжение, которое может выдержать материал (предельная прочность)
Оценивает верхний предел сопротивления материала разрушению и используется для определения предела несущей способности материала
Процент удлинения после разрыва (δ)
Процент удлинения к первоначальной длине после разрушения образца (показатель "пластичности")
Отражает пластичность материала; большее δ означает, что материал легче обрабатывать (например, штамповка, гибка)
Процент сужения площади (ψ)
Процент уменьшения площади поперечного сечения к первоначальной площади после разрушения образца
Более чувствительный показатель пластичности, чем δ, особенно подходит для хрупких материалов
3. Различия в поведении при растяжении типичных материалов
Кривые напряжение-деформация различных типов материалов значительно различаются, непосредственно отражая их характеристики механических свойств:
Пластичные материалы (например, низкоуглеродистая сталь): Кривая имеет четыре стадии — упругая стадия (восстановление после разгрузки), стадия текучести (напряжение остается неизменным, в то время как деформация увеличивается), стадия упрочнения (напряжение и деформация увеличиваются одновременно) и стадия сужения-разрушения. Процент удлинения после разрыва высок (δ > 5%).
Хрупкие материалы (например, керамика, чугун): Отсутствует очевидная стадия текучести; они разрушаются непосредственно после упругой стадии. Процент удлинения после разрыва чрезвычайно низок (δ < 5%), а предел прочности на растяжение намного ниже предела прочности на сжатие.
Высокоэластичные материалы (например, резина): Упругая деформация чрезвычайно велика (до 1000%), модуль упругости низкий, пластическая деформация отсутствует, и происходит полное восстановление после разгрузки.
4. Основные влияющие факторы испытания
Точность результатов испытаний зависит от контроля следующих факторов:
Спецификации образцов: Должны соответствовать национальным стандартам (например, GB/T 228.1) для обеспечения однородных размеров (длина, диаметр) и избежания ошибок, вызванных различиями в образцах.
Скорость нагружения: Чрезмерно быстрая нагрузка приведет к тому, что материал проявит "повышенную хрупкость" (например, низкоуглеродистая сталь может не иметь очевидной текучести). Нагрузка должна осуществляться со стандартной скоростью (например, 1~5 мм/мин).
Условия окружающей среды: Высокие температуры снижают прочность материала и увеличивают пластичность; низкие температуры делают материалы хрупкими (например, "холодная хрупкость" стали при низких температурах). Температура испытания должна быть четко указана.