金属材料压缩试验问题规范及特征值比较

金属材料压缩试验首先需要考虑以下问题的答案：

    为什么在压缩测试中不使用冗长的样本？
    为什么真正的压应力低于工程应力？
    “压缩屈服强度”和“压缩偏移屈服强度”之间有什么区别？
    是什么原因导致材料中形成压力锥？
    为什么通常以45°角形成裂纹？

材料压缩试验规范

   材料在压缩应力下的测试是在所谓的压缩测试中进行的。使用标准的圆形试样，其比拉伸试样厚得多。样品的规定高度是直径的两倍，以防止样品在测试过程中弯曲。为了进行测试，将样品夹在两个压力板之间，并在增加的压力下对其进行压缩。对直至断裂的脆性试样和至初次裂纹的韧性材料进行压缩试验。

图：压缩测试设置

   在压缩试验中，将标准试样加载到压缩应力下，直到破裂或出现*个裂纹为止。力被记录为样品压缩的函数！
   然后将测试期间记录的曲线（与几何相关）转换为与几何无关的压缩应力图。确定工程压应力σ_c，将Fc始终称为类似于拉伸应力的初始横截面面积S0，而与实际横截面面积无关：工程压应力 σ_c= Fc/S_0，[σ] 单位=N/mm²

   通过将试样的缩短量Δh表示为初始高度h0（通常以百分比表示），以类似于拉伸应变的方式获得试样压缩ϵ_c：ϵ_c =Δh/h₀⋅100％，[ϵ_d] =压缩百分比

   下面的应力压缩图显示了脆性试样（铸铁）和延性试样（钢）的典型曲线，以及低强度延性试样（锌）的应力曲线。在这一点上，必须再次指出，压缩应力是基于初始横截面面积而不是实际横截面来确定。

图：应力-压缩曲线

   由于测试过程中的鼓胀效应，横截面积增加，内部的真实压应力低于工程压应力。因此，真实的压应力曲线低于工程应力曲线。根据压缩应力-应变曲线，材料在压力下的行为可以分为不同的区域。如果压缩测试受到的压力较小，则应力消除后的变形将完全减小。该弹性区域可以在图中看到接近于直线。
   然而，在高应力下，即使在力消除后（塑性区域），也过了弹性极限并保持了*变形。对于某些材料，通过从直线到曲线的不连续过渡，可以在图中非常清楚地看到此极限。将在压缩试验中仅挤压试样而没有塑性变形的应力极限也称为压缩屈服强度σ_cy（压缩形变极限）。压缩屈服点应被视为类似于拉伸载荷的屈服点。
   没有材料*变形的可承受压应力上限称为抗压屈服强度（弹性极限）！
   确定屈服点的先决条件是，可以在图中找到一条清晰的直线，并有一个不连续的过渡到塑性范围内（例如，许多钢都给出了）。但是，某些材料在图中未显示直线，而是连续过渡到塑料区域（例如灰口铸铁）。对于这些材料，相应的压缩极限类似于拉伸载荷的偏移屈服强度给出。在这种情况下，该极限称为压缩偏移屈服强度。 0.2％的限制在这里也特别重要。该0.2％的压缩偏移屈服强度σc0.2解释为在释放样品后*保持0.2％压缩的应力。如果材料的抗压屈服强度不明显，则提供相应的偏移屈服强度作为替代，这表明固定的*压缩下的压应力！
   由于样品的上侧与压板之间或样品的下侧与基座之间的摩擦力较大，因此在整个样品高度上的压缩不均匀。相反，样品会粘在接触点上，并且不允许在此处发生任何变形，而样品的中间部分会流到侧面。根据样品的延展性，在压缩测试期间或多或少会出现明显的鼓胀。与存在均匀应变的拉伸试验相反，在压缩试验中没有类似的模拟物，例如均匀压缩！摩擦抑制变形的区域从样品的底部开始向样品的中心减小。材料内部形成了阻碍变形的圆锥形区域（称为压力锥）。

图：压力锥

   由于样品的膨胀，样品的皮肤表面被强烈拉伸并产生拉应力。这些可能会变得很大，以致材料会沿着加载方向撕裂。产生的裂纹通常被用作韧性材料的破坏准则。在脆性材料的情况下，几乎未变形的压力锥像楔子一样滑入周围的材料中，并在试样的中心部分提供很高的剪切应力。由于剪应力上限与压应力方向成45°角，因此脆性试样通常会沿该方向断裂。延性材料出现裂纹或脆性试样突然断裂的特点是所谓的抗压强度σcu。该强度参数应类似于拉伸载荷的极限拉伸强度来考虑。
   抗压强度表示断裂时的可承受压应力上限！
   另外，压缩测试可用于确定断裂后的*压缩，即所谓的断裂压缩或也称为断裂时压缩Ac。该变形参数对应于拉伸载荷的断裂应变（断裂伸长率）。此外，类似于拉伸样品的面积Z的减小，可以确定压缩样品的面积Ψ的增加。 该参数ist定义为断裂后的横截面变化与样品的初始横截面的比率。

拉伸试验和压缩试验的特征值的表格比较

参数	拉伸试验	压缩试验
标称应力	拉应力/张应力σ	压应力σc
长度的相对变化	应变ϵ	压缩ϵc
形变限制	屈服强度σy	压缩屈服强度σcy
替代极限	0.2％偏移屈服强度σy0.2	0.2％的压缩偏移屈服强度σcy0.2
破坏参数	抗拉强度σu	抗压强度σcu
长度的相对*变化	断裂应变A（断裂伸长率）	断裂压缩Ac（压缩时）
横截面的相对*变化	面积Z减小	面积Ψ增加

   对于多数用户来说，无论金属材料压缩试验多么规范，始终需要破坏材料，并耗费大量的时间制备试样，试验后同样留下大量的报废残件，因此国内外众多用户逐渐将测试解决方案转向无损检测技术，如需了解抗压强度无损测试解决方案，请咨询上海量博。