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金屬材料壓縮試驗問題、規(guī)范及特征值比較

金屬材料壓縮試驗首先需要考慮以下問題的答案：

    為什么在壓縮測試中不使用冗長的樣本？
    為什么真正的壓應力低于工程應力？
    “壓縮屈服強度”和“壓縮偏移屈服強度”之間有什么區(qū)別？
    是什么原因導致材料中形成壓力錐？
    為什么通常以45°角形成裂紋？

材料壓縮試驗規(guī)范

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

   在壓縮試驗中，將標準試樣加載到壓縮應力下，直到破裂或出現(xiàn)第一個裂紋為止。力被記錄為樣品壓縮的函數(shù)！
   然后將測試期間記錄的曲線（與幾何相關）轉換為與幾何無關的壓縮應力圖。確定工程壓應力σ_c，將Fc始終稱為類似于拉伸應力的初始橫截面面積S0，而與實際橫截面面積無關：工程壓應力 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，以及低強度延性試樣（鋅）的應力曲線。在這一點上，必須再次指出，壓縮應力總是基于初始橫截面面積而不是實際橫截面來確定。

   由于測試過程中的鼓脹效應，橫截面積增加，內部的真實壓應力低于工程壓應力。因此，真實的壓應力曲線低于工程應力曲線。根據(jù)壓縮應力-應變曲線，材料在壓力下的行為可以分為不同的區(qū)域。如果壓縮測試受到的壓力較小，則應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。將在壓縮試驗中僅擠壓試樣而沒有塑性變形的應力極限也稱為壓縮屈服強度σ_cy（壓縮形變極限）。壓縮屈服點應被視為類似于拉伸載荷的屈服點。
   沒有材料永久變形的可承受壓應力上限稱為抗壓屈服強度（彈性極限）！
   確定屈服點的先決條件是，可以在圖中找到一條清晰的直線，并有一個不連續(xù)的過渡到塑性范圍內（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）。對于這些材料，相應的壓縮極限類似于拉伸載荷的偏移屈服強度給出。在這種情況下，該極限稱為壓縮偏移屈服強度。 0.2％的限制在這里也特別重要。該0.2％的壓縮偏移屈服強度σc0.2解釋為在釋放樣品后永久保持0.2％壓縮的應力。如果材料的抗壓屈服強度不明顯，則提供相應的偏移屈服強度作為替代，這表明固定的永久壓縮下的壓應力！
   由于樣品的上側與壓板之間或樣品的下側與基座之間的摩擦力較大，因此在整個樣品高度上的壓縮不均勻。相反，樣品會粘在接觸點上，并且不允許在此處發(fā)生任何變形，而樣品的中間部分會流到側面。根據(jù)樣品的延展性，在壓縮測試期間或多或少會出現(xiàn)明顯的鼓脹。與存在均勻應變的拉伸試驗相反，在壓縮試驗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烈拉伸并產生拉應力。這些可能會變得很大，以致材料會沿著加載方向撕裂。產生的裂紋通常被用作韌性材料的破壞準則。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力。由于剪應力上限與壓應力方向成45°角，因此脆性試樣通常會沿該方向斷裂。延性材料出現(xiàn)裂紋或脆性試樣突然斷裂的特點是所謂的抗壓強度σcu。該強度參數(shù)應類似于拉伸載荷的極限拉伸強度來考慮。
   抗壓強度表示斷裂時的可承受壓應力上限！
   另外，壓縮測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壓縮Ac。該變形參數(shù)對應于拉伸載荷的斷裂應變（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。

拉伸試驗和壓縮試驗的特征值的表格比較

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

   對于多數(shù)用戶來說，無論金屬材料壓縮試驗多么規(guī)范，始終需要破壞材料，并耗費大量的時間制備試樣，試驗后同樣留下大量的報廢殘件，因此國內外眾多用戶逐漸將測試解決方案轉向無損檢測技術，如需了解抗壓強度無損測試解決方案，請咨詢上海量博。