剪切和切断试验试验设备

(1)WEW一300D微机屏显式万能材料试验机。

(2)剪切器。

(3)游标卡尺。

测定低碳钢的剪切强度极限τ_b，观察试样破坏情况。

将圆柱形剪切试样插入剪切器，用万能材料试验机对剪切器施加载荷P，随着载荷P的增加，受剪面处的材料经过弹性、屈服等阶段，最后沿受剪面发生剪断裂。取出剪断了的三段试样，可以观察到两种现象。其中一种现象是这段试样略带些弯曲，如图1所示。

它表明：尽管试样是剪断的，但试样承受的作用却不是单纯的剪切，而是既有剪切也有弯曲，不过以剪切为主。

另一种现象是断口明显的区分为两部分：平滑光亮部分与纤维状部分。断口的平滑光亮部分，是在屈服过程中形成的。在这个过程中，受剪面两侧的材料有较大的相对滑移却没有分离，滑移出来的部分与剪切器是密合接触的，因而磨成了光亮面。断口的纤维部分，是在剪断裂发生的瞬间形成的。在此瞬间，南于受剪面两侧材料又有较大的相对滑移，未分离的截面面积已缩减到不能再继续承担外力，于是产生了突然性的剪断裂：剪断裂是滑移型断裂。纤维状断口正是这种断裂的特征。

(1)测量试样截面尺寸，测量部位应在受剪面附近，用游标卡尺在两个互相垂直的方向上各测量一次，取其平均值为该处直径，用所测得的直径d计算横截面积A，将所得的数据记录在试验报告的表格中，并输入计算机。

(2)安装剪切器及试样，进行剪切试验并读取最大载荷。将剪切支座放置到工作台上，剪切块放置在剪切支座之间，试样从中间插入。上压头用紧固螺钉紧固在下移动横梁上。打开送油阀，使工作台上升，移动剪切支座，使上压头对准活动剪切块，开始进行剪切试验。加载直到试样剪断，读取最大载荷P_b。

(3)试验完毕，做好常规的清理工作，填写试验数据 。

剪切强度极限τ_b=P_b/A（MPa），1MPa=1N/mm²2100433B

在宏观上看到的剪切断裂，其实主要是由于细观（低于宏观的一个层次）上拉伸破坏引起，当对有裂纹的石膏进行直剪测试，可以发现，首先出现拉裂纹，接着出现剪切破坏。在整个剪切断裂过程中，首先萌生一组倾斜的拉裂纹，随着应力的增加，这些拉裂纹相互贯通，然后形成一个贯穿的剪切面，这样最终导致了最终的剪切断裂 。

对高强合金来说,在经过一定变形后,其应变硬化率将趋近于0。剪切应变局部化是产生剪切失效的前提,其基本条件为:

1) 变形的平面应变状态(外在或内在的) ;

2) 应变硬化率趋近于0。

剪切应变局部化导致剪开,即为穿晶剪切断裂 。

为了澄清穿晶剪切模式的产生条件,我们曾对各种工业铝合金和金属单晶体进行过大量的实验研究和理论分析。下面给出一些典型的结果。

7000 系合金厚板拉伸变形时表现出来的塑性变形各向异性为纵向应变，在纵向变形时,横向应变与短横向应变的变化不同,短横向应变与横向应变的比值随纵向应变的增大而减小。短横向应变与横向应变的比值的绝对值大小与热处理状态有关,欠时效状态时最大,峰时效时其次,过时效时最小。塑性各向异性与热处理状态有关,也就是说,塑性各向异性与显微组织有关。对纯铝单晶体的研究的基本结果也是类似的。

一般情况下,变形铝合金的断裂模式是穿晶破断。如合金的晶界较弱,则可能发生沿晶开裂。但合金的加工制品常有织构且其晶粒是拉长的。因而其流变行为是各向异性的。 单晶体由于其晶体学的原因,其流变行为也是各向异性的。因而,虽然其外在变形条件并非平面应变状态,由于其晶体学的或其它的原因,可以使其塑性变形接近平面应变状态。 这可称为内在平面应变变形状态. 这可以是晶体学(位向和织构) 或显微组织的原因造成的基体形变各向异性。

当合金进行变形时,其应变硬化率均逐渐降低 。