Page 28 - 理化检验-物理分册2021年第九期

徐魁龙, 等: 缺口对不同塑性金属材料拉伸断裂行为的影响

在试样平行段中间位置加工 V 形缺口, 缺口角度为 铸 铁 而 言, 抗 拉 强 度 与 缺 口 深 度 的 关 系 呈 与

60° , 缺口尖端半径为 0.1mm , 缺口根部直径 D 分 10CrNi3MoV 钢、 5083 铝合金相反的规律, 即随着

别为6 , 8 , 10mm ( 对应缺口深度分别为2 , 1 , 0mm , 缺口深度的增加, 其抗拉强度降低, 缺口深度为
缺口深度为0mm 的试样即为光滑试样), 拉伸试样 2mm 时抗拉强度为光滑试样的0.92倍。

的形状及尺寸见图1 。拉伸试验在INSTRON5982

型( 100kN ) 电子万能试验机上进行, 拉伸速度为
1mm · min 。 3种材料光滑试样的拉伸试验结果

-1
见表1 , 可见3种材料的断后伸长率A 有较大差异,
10CrNi3MoV 钢的断后伸长率大于 5083 铝合金、
500-7球墨铸铁的。 3 种材料光滑试样及缺口试样
的抗拉强度见表2 , 可见10CrNi3MoV 钢和5083铝
合金缺口试样的抗拉强度都较光滑试样的高, 500-7
球墨铸铁缺口试样的抗拉强度较光滑试样的降低。
表1 3种材料光滑试样的拉伸性能 图2 不同塑性金属试样的抗拉强度 - 缺口深度关系曲线图

Fi g 2 Curvesoftensilestren g th-notchde p thofmetal
Tab 1 Tensile p ro p ertiesofsmooths p ecimensofthreematerials

s p ecimenswithdifferent p lasticit y
屈服强度 抗拉强度 断后伸长率 断面收缩率
材料 2.2 断口形貌
/
/
R p 0.2 MPa R m MPa A / % Z / %
图3为10CrNi3MoV 钢光滑试样和不同深度缺
10CrNi3MoV 钢 635 692 27.5 78.1
5083铝合金 175 345 16.4 21.7 口试样的断口宏观形貌, 可见光滑试样断口呈典型的
500-7球墨铸铁 400 604 10.2 7.4 杯锥状, 该试样断后伸长率为27.5% , 断面收缩率为
表2 3种材料光滑试样及缺口试样的抗拉强度 78.1% , 塑性良好; 缺口试样发生了颈缩, 缺口深度

Tab 2 Tensilestren g thofsmoothandnotcheds p ecimensof 2mm 的试样的断面收缩率为33% 。随着缺口深度

threematerials MPa 的增加, 断口边缘剪切唇的面积逐渐减小, 心部纤维

光滑 缺口深度 缺口深度 区面积逐渐增加。缺口深度为2mm 时, 心部纤维区
材料
试样 1mm 试样 2mm 试样 面积占比达到90% , 如图4a ) 所示。图4b ) 为图4a ) 箭
10CrNi3MoV 钢 692 948 1203 头所示区域SEM 形貌, 从图中可以看出, 试样心部纤

5083铝合金 345 398 453 维区为具有正拉断裂特征的韧窝状断口, 说明拉伸试
500-7球墨铸铁 604 575 556
样的起裂位置位于试样中心区域。
图5 , 6为5083铝合金光滑试样和缺口试样的
断口宏观和 SEM 形貌, 可见其光滑试样的断口呈
典型的 45° 剪切破坏断口特征, 有一定的轴向变形
和颈缩现象, 断后伸长率为 16.4% , 断面收缩率为

21.7% , 见图5a ); 缺口深度1mm 的试样的断裂载

图1 拉伸试样形状及尺寸示意图 荷 为 20.00kN ,超 过 光 滑 试 样 的 屈 服 载 荷

Fi g 1 Schematicdia g ramofsha p eandsizeoftensiles p ecimen 13.74kN , 因此断口处有明显的塑性变形, 断口呈锯
齿状, 且有一定方向性, 起裂位置为边缘缺口处, 起
2 试验结果 裂位置附近以纤维状断口为主, 锯齿状的区域由纤

2.1 抗拉强度 维状断口和45° 剪切断口组成, 见图5b ) 和图6a ), 此
外还可以看到明显的剪切破坏区和具有正拉破坏特
3种材料的抗拉强度 - 缺口深度关系曲线如图2

所示。 由 图 2 可 知,随 着 缺 口 深 度 的 增 加, 征的纤维区, 见图6b ) 和图6c ); 对于缺口深度2mm
的试样, 其断裂载荷为 12.83kN , 小于光滑试样的

10CrNi3MoV 钢、 5083 铝合金的抗拉强度均增大,
其中, 10CrNi3MoV 钢的增大幅度高于5083铝合金 屈服载荷, 断面收缩率几乎为 0 , 断口主要呈纤维
的, 如缺口深度为2mm 时, 前者的抗拉强度为光滑 状, 见图5c )、 图6d ) 和图6e ), 仅边缘可以观察到明

试样的1.74倍, 后者的为1.31倍。对于500-7球墨 显的剪切破坏区, 见图6e )。
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