Transcript 2_材料機械性質

機械性質實驗
Instructor: Dr. Chih-Chieh Wang (王致傑博士)
大綱
 拉伸實驗
 抗衝擊實驗
 洛氏硬度實驗
 微氏硬度實驗
拉伸實驗
 兩種曲線 : 具有明顯降伏強度，不具明顯降伏強度
目的: 瞭解材料在受到拉力時，抵抗伸長變形的能力及斷裂的特性 (強度)。
具有明顯降伏強度
彈性限: 符合虎克定律 (應變應力是
線性關係)
比例限: 變形仍屬彈性但應力應變不
再是線性關係)
降伏點: 對施加賀重，達某一值時，
應力突然下降
最大抗拉強度: 經降伏後應力會隨外
加應力的增加而提升，當達到最高點
時的應力
虎克定律(應變應力是線性關係): σ=Eε (E: Young’s modulus)
P
降伏強度(yield strength): σyield=
A0
P
最大抗拉強度(Ultimate Tensile Strength, UTS): σUTS= max
A0
P
破斷強度(Breaking strength): σf= f
A0
不具有明顯降伏強度
降伏點:0.2%或0.002截距位置畫一平行線
延性 (ductility)
L1−L0
× 100% (L0:實驗前長度 L1: 破斷時長度)
L0
A0−A𝑓
 斷面縮率:
× 100% (A0:實驗前面積 Af: 破斷時面積)
A0
 伸長率:
斷裂面
(a) 高延性破壞，試片頸縮至一點，(b) 些許頸縮後的中
等延性破壞，(c) 沒有任何塑性變形的脆性破壞。
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斷裂面 (cup and cone)
杯錐形破壞的幾個
階段。(a) 最初頸縮，
(b) 小的孔洞形成，
(c) 孔洞合併成裂縫，
(d) 裂縫成長，(e)
最後剪破壞發生於
與拉伸成 45°角度的
方向。
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(a) 鋁的杯錐形破壞，(b) 中碳鋼的脆性破斷。
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(a) 照片顯示脆性破壞的 V 形狀的「山形紋」特徵，箭號指示裂縫的
源頭，本圖約為實際大小。
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真應力和真應變
瞬間截面積
初始截面積
F
真應力: σt= A
i
Ai: 瞬間截面積
l dl
l
真應變: ϵt= 0i =ln i
l
l0
抗衝擊實驗
目的: 利用衝擊了解材料的韌性高低 (能量)
I.
II.
I-II
I. 𝑊ℎ1 = 𝑊𝑅(1 − cos 𝛼)
II. 𝑊ℎ2 = 𝑊𝑅(1 − cos 𝛽)
試片破斷所吸收(I-II) : ∆E = W h1 − h2 = WR(cos 𝛽 − cos 𝛼)
∆E
抗衝擊:
A
𝑘𝑔𝑓 − 𝑚
𝑐𝑚2
試片斷面面積
單位:
實驗值
已知
溫度對衝擊值的影響
(Fracture transition plastic
temperature, FTPT)
低溫: 呈現脆性破斷，破斷面光亮平整
韌脆轉換溫度: 破斷處產生大量塑性變形，破斷面光澤較灰暗
洛氏硬度實驗
 用一定的荷重押入材料表面，使試片產生壓痕，根據
壓痕大小經過換算來表示材料的洛氏硬度值
 HRA:是採用60Kg載荷和鑽石錐壓入器求的硬度，用於
硬度較高的材料。例如：硬質合金。
 HRB:是採用100Kg載荷和直徑1.58mm淬硬的鋼球求得
的硬度，用於硬度較低的材料。例如：退火鋼、 鑄鐵
等。
 HRC:是採用150Kg載荷和鑽石錐壓入器求得的硬度，
用於硬度很高的材料。例如：淬火鋼等
 表示方法: 硬度符號+硬度數據
測試原理
t= t2-t3
HRC=100-500t
HRB=130-500t
(由刻度讀出)
http://www1.ytit.edu.tw/edu/me/148/B05.pdf
維氏硬度實驗
 適用於顯微鏡分析。以120kg以內的載荷和頂角為136°的金剛石
方形錐壓入器壓入材料表面，受壓之後造成永久變形，量取對
角線長度，求取硬度值。
 HV=P/A=1854.4P/d2 (P=荷重 (g) A= 壓痕表面積(mm2) D=凹痕
之平均對角線長度(mm))
http://www.yrmade.net/ydjqt6.html