機械性質測試-拉伸試驗-
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機 械 性 質 測測 試<br />
- 拉 伸 試 驗 -<br />
金 屬 工 業 研 究 發 展 中 心<br />
醫 療 器 材 組<br />
陳 奕 芩
拉 伸 試 驗<br />
(1) D 試試 驗 目 的 :<br />
測 量 材 料 對 靜 荷 重 或 緩 慢 施 加 的 力 量 之 抗 拉 能 力 。<br />
(2)<br />
L0<br />
試試 驗 步 驟 :<br />
1) 記 錄 試試 片 長 度 及 截 面 積<br />
2) 設設 定 材 料 試試 驗 機 參 數<br />
3) 將 試試 片 夾 於 材 料 測 試試 機 上 , 以 極 緩 慢 的 等 速 率 拉<br />
伸 直 至 試試 片 破 裂 為 止<br />
4) 產 生 應 力 - 應 變 曲 線 圖<br />
(3)<br />
拉 伸 試試 片<br />
(4)<br />
● ● ●<br />
●<br />
●
名 詞 解 釋<br />
應 力<br />
(Stress)<br />
單 位 面 積 所 承 受 的 力 。<br />
應 變<br />
(Strain)<br />
物 體 受 外 力 時 , 其 長 度 變 形<br />
量 和 原 來 長 度 的 比 例 。<br />
彈 性 模 數 ( 又 稱 楊 氏 模 數 )<br />
(Modulus of Elasticity )<br />
(Young’s Modulus)<br />
遵 守 虎 克 定 律<br />
(Hook’s Law)<br />
應 力<br />
(σ)<br />
=<br />
力 (F)<br />
力 承 受 之 面 積 (A)<br />
力 (F)<br />
面 積 (A)<br />
面 積 (A)<br />
L<br />
應 變<br />
(ε)<br />
=<br />
力 (F)<br />
長 度 變 形 量 (Δ L)<br />
原 長 度 (L)<br />
面 積 (A)<br />
Δ L<br />
L<br />
力 (F)<br />
Δ L<br />
彈 性 模 數<br />
(E)<br />
=<br />
應 力 (σ)<br />
應 變 (ε)<br />
浦浦 松 比 (Poisson’s Ratio)<br />
物 體 受 力 產 生 彈 性 變 化 時 ,<br />
側 向 應 變 量 與 縱 向 應 變<br />
比 值 。<br />
F<br />
L+Δ L<br />
L-Δ L<br />
F
名 詞 解 釋<br />
力<br />
具 有 方 向 性 , 單 位 為 牛 頓 (Newton)。<br />
F<br />
F<br />
F<br />
F<br />
F<br />
F<br />
應 力 (Stress)<br />
單 位<br />
單 位 面 積 所 承 受 的 力 。<br />
10 9 giga G<br />
應 力<br />
(σ)<br />
=<br />
面 積 (A)<br />
力 (F)<br />
力 (F)<br />
力 承 受 之 面 積 (A)<br />
力 (F): 牛 頓 (N) 或<br />
磅 (lbf)<br />
面 積 (A): 每 平 方 公 尺 (m 2 ) 或<br />
每 平 方 英 吋 (in 2 )<br />
應 力 (σ): Pa 或 psi<br />
10 6 mega M<br />
10 3 kilo k<br />
10 -2 centi c<br />
10 -3 milli m<br />
10 -6 micro µ<br />
10 -9 nano n<br />
10 -12 pico P<br />
1 MPa =10 6 N/m 2<br />
1 MPa=145 psi
名 詞 解 釋<br />
應 變 (Strain)<br />
物 體 受 外 力 時 , 其 長 度 變 形 量 和 原 來 長<br />
度 的 比 例 。<br />
應 變<br />
(ε)<br />
=<br />
單 位 : 無 因 次<br />
面 積 (A)<br />
長 度 變 形 量 (Δ L)<br />
力 (F)<br />
原 長 度 (L)<br />
面 積 (A)<br />
力 (F)<br />
Δ L<br />
彈 性 模 數 ( 又 稱 楊 氏 模 數 )<br />
(Modulus of Elasticity )<br />
(Young’s Modulus)<br />
遵 守 虎 克 定 律 (Hook’s Law)<br />
彈 性 模 數<br />
(E)<br />
=<br />
應 力 (σ)<br />
應 變 (ε)<br />
彈 性 模 數 材 料 勁 度 (stiffness) 或 材<br />
料 抵 抗 彈 性 變 形 的 能 力 。<br />
L<br />
Δ L<br />
L
名 詞 解 釋<br />
浦浦 松 比 (Poisson’s Ratio)<br />
物 體 受 力 產 生 彈 性 變 化 時 ,<br />
側 向 應 變 量 與 縱 向 應 變 比 值 。<br />
浦 松 比 =<br />
-<br />
側 向 應 變<br />
軸 向 應 變<br />
原 長 度 :L<br />
原 直 徑 :D<br />
受 力 後 :<br />
長 度 變 化 量 :<br />
直 徑 變 化 量 :<br />
△L<br />
△D<br />
ε lat<br />
ε lat = - △D<br />
D<br />
ε long =- △L<br />
L<br />
ν =- ε long
應 力 應 變 曲 線 圖 (Stress-Strain Curve)<br />
應 力 (σ)<br />
彈 性 區 間<br />
當 外 力 移 除 時 , 試試 片 回 復 原 始 狀 態 。<br />
σu<br />
σf<br />
σy<br />
σpl<br />
虎 克 定 律<br />
σ= E ε<br />
P<br />
比 例 極 限<br />
(proportional<br />
limit)<br />
降 伏 點<br />
(yield point)<br />
Y<br />
● ●<br />
●<br />
H<br />
極 限 應 力<br />
(ultimate stress)<br />
●<br />
U<br />
破 壞<br />
(fracture stress)<br />
●<br />
F<br />
a) 在 比 例 極 限 間 (OP) 材 料 屬 線 性 性<br />
質 。OP 線 段 斜 率 為 彈 性 係 數 。<br />
可 塑 區 間<br />
當 外 力 移 除 時 , 試試 片 無 法 回 復 原 始<br />
狀 態 。<br />
a) 降 伏 (YH): 拉 力 並 未 明 顯 增 加 , 但<br />
會 產 生 相 當 大 拉 伸 量 。<br />
b) 應 變 硬 化 (HU): 材 料 對 進 一 步 變 形<br />
有 較 大 阻 力 , 需 增 加 拉 力 才 會 進 一<br />
步 伸 長 。<br />
O<br />
彈 性 區 間<br />
( 彈 性 變 形 )<br />
降 伏<br />
(yielding)<br />
可 塑 區 間<br />
( 塑 性 變 形 )<br />
應 變 硬 化<br />
(strain hardening)<br />
頸 縮<br />
(necking)<br />
應 變 (ε)<br />
c) 極 限 應 力 (U): 負 載 到 達 最 大 值 。 試試<br />
片 延 伸 , 局 部 截 面 積 減 少 。<br />
d) 破 壞 (F): 試試 片 破 壞 斷 裂 。<br />
試試 片 延 伸 至 最 大 , 局 部 截 面 積 減 少 ,<br />
直 至 斷 裂 , 頸 縮 現 象 。
應 力 應 變 曲 線 圖 (Stress-Strain Curve)<br />
降 伏 點 明 顯<br />
降 伏 點 不 明 顯<br />
應 力 (σ)<br />
應 力 (σ)<br />
σY<br />
●<br />
●<br />
●<br />
●<br />
●<br />
σY<br />
●<br />
●<br />
此 二 線 平 行<br />
應 變 (ε)<br />
0.002<br />
0.2%<br />
偏 位 法<br />
應 變 (ε)
脆 性 材 料 及 延 性 材 料<br />
應 力 (σ)<br />
脆 性 材 料<br />
●<br />
F<br />
延 性 材 料<br />
●<br />
F’<br />
延 性 材 料 (Ductile)<br />
材 料 在 破 裂 前 能 夠 承 受 很 大 應 變 。<br />
延 性 表 示 法<br />
a) 伸 長 百 分 比 : 量 取 試試 片 在<br />
試試 驗 前 與 試試 驗 後 兩 記 號<br />
間 的 距 離 。<br />
伸 長 百 分 比 = Lf - L0 X 100%<br />
伸 長 百 分 比 =<br />
Lf - L<br />
L0<br />
應 變 (ε)<br />
b) 面 積 收 縮 百 分 比 : 量 取 破<br />
壞 點 處 , 試試 驗 前 與 試試 驗<br />
後 截 面 積 改 變 百 分 率 。<br />
脆 性 材 料 無 頸 縮 現 象<br />
延 性 材 料 頸 縮 現 象<br />
面 積 收 縮 百 分 比 =<br />
Af - A0<br />
A0<br />
脆 性 材 料 (Brittle)<br />
最 大 荷 重 發 生 在 破 壞 點 。<br />
X 100%
機 台 操 作 流 程<br />
(1) 機 台 開 機<br />
電 源 開 關<br />
保 護 裝 置<br />
手 動<br />
夾 試試 片 處<br />
手 動<br />
控 制 橫 桿<br />
INSTRON<br />
緊 急 鈕
機 台 操 作 流 程<br />
2. 電 腦 開 機 =>Bluehill
機 台 操 作 流 程<br />
3. 方 法
機 台 操 作 流 程<br />
(4) 方 法<br />
4. 設設 定 測 試試 方 法<br />
新 增 => 選 擇 方 法 => 新 增<br />
瀏 覽 => 選 擇 路 徑
機 台 操 作 流 程<br />
5. 設設 定 測 試試 方 法<br />
由 上 至 下 設設 定<br />
一 般 => 方 法 => 單 位 系 統
機 台 操 作 流 程<br />
6. 設設 定 測 試試 方 法<br />
由 上 至 下 設設 定<br />
一 般 => 試試 片 => 設設 定 樣 品 描 述 與 註註 解
機 台 操 作 流 程<br />
7. 設設 定 測 試試 方 法<br />
由 上 至 下 設設 定<br />
一 般 => 基 礎 版 面 => 設設 定 基 礎 版 面
機 台 操 作 流 程<br />
8. 設設 定 預 設設 試試 片 尺 寸<br />
由 上 至 下 設設 定<br />
試試 片 => 尺 寸
機 台 操 作 流 程<br />
9. 設設 定 控 制 - 測 試試<br />
由 上 至 下 設設 定<br />
控 制 => 測 試試
機 台 操 作 流 程<br />
10. 設設 定 計 算<br />
計 算 => 設設 定<br />
預 觀 察 參 數 由 左 拖 曳 至 右
機 台 操 作 流 程<br />
11. 設設 定 結 果 表 格 - 欄 位<br />
結 果 => 欄<br />
預 觀 察 參 數 由 左 拖 曳 至 右
機 台 操 作 流 程<br />
12. 設設 定 曲 線 圖<br />
曲 線 圖 =>X- 數
機 台 操 作 流 程<br />
13. 設設 定 文 件 輸 出<br />
報 告 => 文 件
機 台 操 作 流 程<br />
14. 設設 定 結 果 匯 出<br />
報 告 => 匯 出 結 果<br />
預 觀 察 參 數 由 左 拖 曳 至 右
機 台 操 作 流 程<br />
14. 架 上 試試 片
機 台 操 作 流 程<br />
15. 測 試試
機 台 操 作 流 程<br />
16. 測 試試<br />
新 增 樣 品 => 選 擇 測 試試 程 式<br />
=> 下 一 步
機 台 操 作 流 程<br />
1<br />
3<br />
4<br />
2<br />
17. 測 試試<br />
鍵 1=> 重 設設 標 距 長 度<br />
鍵 2=> 平 衡 荷 重<br />
按 鍵 1 及 鍵 2=> 歸 零
機 台 操 作 流 程<br />
18. 完 成
19. 實 驗 結 果
參 考 資 料<br />
1) Mechanics of materials , R. C.Hibbeler, Fourth Edition<br />
2) Materials science and engineering. An introduction,<br />
William D. Callister, Jr. , Sixth Edition