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金屬材料壓縮試驗(yàn)問題、規(guī)范及特征值比較

金屬材料壓縮試驗(yàn)首先需要考慮以下問題的答案：

    為什么在壓縮測(cè)試中不使用冗長的樣本？
    為什么真正的壓應(yīng)力低于工程應(yīng)力？
    “壓縮屈服強(qiáng)度”和“壓縮偏移屈服強(qiáng)度”之間有什么區(qū)別？
    是什么原因?qū)е虏牧现行纬蓧毫﹀F？
    為什么通常以45°角形成裂紋？

材料壓縮試驗(yàn)規(guī)范

   材料在壓縮應(yīng)力下的測(cè)試是在所謂的壓縮測(cè)試中進(jìn)行的。使用標(biāo)準(zhǔn)的圓形試樣，其比拉伸試樣厚得多。樣品的規(guī)定高度是直徑的兩倍，以防止樣品在測(cè)試過程中彎曲。為了進(jìn)行測(cè)試，將樣品夾在兩個(gè)壓力板之間，并在增加的壓力下對(duì)其進(jìn)行壓縮。對(duì)直至斷裂的脆性試樣和至初次裂紋的韌性材料進(jìn)行壓縮試驗(yàn)。

   在壓縮試驗(yàn)中，將標(biāo)準(zhǔn)試樣加載到壓縮應(yīng)力下，直到破裂或出現(xiàn)第一個(gè)裂紋為止。力被記錄為樣品壓縮的函數(shù)！
   然后將測(cè)試期間記錄的曲線（與幾何相關(guān)）轉(zhuǎn)換為與幾何無關(guān)的壓縮應(yīng)力圖。確定工程壓應(yīng)力σ_c，將Fc始終稱為類似于拉伸應(yīng)力的初始橫截面面積S0，而與實(shí)際橫截面面積無關(guān)：工程壓應(yīng)力 σ_c= Fc/S_0，[σ] 單位=N/mm2

   通過將試樣的縮短量Δh表示為初始高度h0（通常以百分比表示），以類似于拉伸應(yīng)變的方式獲得試樣壓縮?_c：?_c =Δh/h₀?100％，[?_d] =壓縮百分比

   下面的應(yīng)力壓縮圖顯示了脆性試樣（鑄鐵）和延性試樣（鋼）的典型曲線，以及低強(qiáng)度延性試樣（鋅）的應(yīng)力曲線。在這一點(diǎn)上，必須再次指出，壓縮應(yīng)力總是基于初始橫截面面積而不是實(shí)際橫截面來確定。

   由于測(cè)試過程中的鼓脹效應(yīng)，橫截面積增加，內(nèi)部的真實(shí)壓應(yīng)力低于工程壓應(yīng)力。因此，真實(shí)的壓應(yīng)力曲線低于工程應(yīng)力曲線。根據(jù)壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線，材料在壓力下的行為可以分為不同的區(qū)域。如果壓縮測(cè)試受到的壓力較小，則應(yīng)力消除后的變形將完全減小。該彈性區(qū)域可以在圖中看到接近于直線。
   然而，在高應(yīng)力下，即使在力消除后（塑性區(qū)域），也超過了彈性極限并保持了永久變形。對(duì)于某些材料，通過從直線到曲線的不連續(xù)過渡，可以在圖中非常清楚地看到此極限。將在壓縮試驗(yàn)中僅擠壓試樣而沒有塑性變形的應(yīng)力極限也稱為壓縮屈服強(qiáng)度σ_cy（壓縮形變極限）。壓縮屈服點(diǎn)應(yīng)被視為類似于拉伸載荷的屈服點(diǎn)。
   沒有材料永久變形的可承受壓應(yīng)力上限稱為抗壓屈服強(qiáng)度（彈性極限）！
   確定屈服點(diǎn)的先決條件是，可以在圖中找到一條清晰的直線，并有一個(gè)不連續(xù)的過渡到塑性范圍內(nèi)（例如，許多鋼都給出了）。但是，某些材料在圖中未顯示直線，而是連續(xù)過渡到塑料區(qū)域（例如灰口鑄鐵）。對(duì)于這些材料，相應(yīng)的壓縮極限類似于拉伸載荷的偏移屈服強(qiáng)度給出。在這種情況下，該極限稱為壓縮偏移屈服強(qiáng)度。 0.2％的限制在這里也特別重要。該0.2％的壓縮偏移屈服強(qiáng)度σc0.2解釋為在釋放樣品后永久保持0.2％壓縮的應(yīng)力。如果材料的抗壓屈服強(qiáng)度不明顯，則提供相應(yīng)的偏移屈服強(qiáng)度作為替代，這表明固定的永久壓縮下的壓應(yīng)力！
   由于樣品的上側(cè)與壓板之間或樣品的下側(cè)與基座之間的摩擦力較大，因此在整個(gè)樣品高度上的壓縮不均勻。相反，樣品會(huì)粘在接觸點(diǎn)上，并且不允許在此處發(fā)生任何變形，而樣品的中間部分會(huì)流到側(cè)面。根據(jù)樣品的延展性，在壓縮測(cè)試期間或多或少會(huì)出現(xiàn)明顯的鼓脹。與存在均勻應(yīng)變的拉伸試驗(yàn)相反，在壓縮試驗(yàn)中沒有類似的模擬物，例如均勻壓縮！摩擦抑制變形的區(qū)域從樣品的底部開始向樣品的中心減小。材料內(nèi)部形成了阻礙變形的圓錐形區(qū)域（稱為壓力錐）。
   由于樣品的膨脹，樣品的皮膚表面被強(qiáng)烈拉伸并產(chǎn)生拉應(yīng)力。這些可能會(huì)變得很大，以致材料會(huì)沿著加載方向撕裂。產(chǎn)生的裂紋通常被用作韌性材料的破壞準(zhǔn)則。在脆性材料的情況下，幾乎未變形的壓力錐像楔子一樣滑入周圍的材料中，并在試樣的中心部分提供很高的剪切應(yīng)力。由于剪應(yīng)力上限與壓應(yīng)力方向成45°角，因此脆性試樣通常會(huì)沿該方向斷裂。延性材料出現(xiàn)裂紋或脆性試樣突然斷裂的特點(diǎn)是所謂的抗壓強(qiáng)度σcu。該強(qiáng)度參數(shù)應(yīng)類似于拉伸載荷的極限拉伸強(qiáng)度來考慮。
   抗壓強(qiáng)度表示斷裂時(shí)的可承受壓應(yīng)力上限！
   另外，壓縮測(cè)試可用于確定斷裂后的永久壓縮，即所謂的斷裂壓縮或也稱為斷裂時(shí)壓縮Ac。該變形參數(shù)對(duì)應(yīng)于拉伸載荷的斷裂應(yīng)變（斷裂伸長率）。此外，類似于拉伸樣品的面積Z的減小，可以確定壓縮樣品的面積Ψ的增加。 該參數(shù)ist定義為斷裂后的橫截面變化與樣品的初始橫截面的比率。

拉伸試驗(yàn)和壓縮試驗(yàn)的特征值的表格比較

參數(shù)	拉伸試驗(yàn)	壓縮試驗(yàn)
標(biāo)稱應(yīng)力	拉應(yīng)力/張應(yīng)力σ	壓應(yīng)力σc
長度的相對(duì)變化	應(yīng)變?	壓縮?c
形變限制	屈服強(qiáng)度σy	壓縮屈服強(qiáng)度σcy
替代極限	0.2％偏移屈服強(qiáng)度σy0.2	0.2％的壓縮偏移屈服強(qiáng)度σcy0.2
破壞參數(shù)	抗拉強(qiáng)度σu	抗壓強(qiáng)度σcu
長度的相對(duì)永久變化	斷裂應(yīng)變A（斷裂伸長率）	斷裂壓縮Ac（壓縮時(shí)）
橫截面的相對(duì)永久變化	面積Z減小	面積Ψ增加

   對(duì)于多數(shù)用戶來說，無論金屬材料壓縮試驗(yàn)多么規(guī)范，始終需要破壞材料，并耗費(fèi)大量的時(shí)間制備試樣，試驗(yàn)后同樣留下大量的報(bào)廢殘件，因此國內(nèi)外眾多用戶逐漸將測(cè)試解決方案轉(zhuǎn)向無損檢測(cè)技術(shù)，如需了解抗壓強(qiáng)度無損測(cè)試解決方案，請(qǐng)咨詢上海量博。