試驗(yàn)一金屬材料的拉伸試驗(yàn)

1、實(shí)驗(yàn)金屬材料的拉伸實(shí)驗(yàn)通過拉伸可以測定出材料一些基本的力學(xué)性能參數(shù)， 如拉伸是材料力學(xué)最基本的實(shí)驗(yàn)， 彈性模量、強(qiáng)度、塑性等。 一實(shí)驗(yàn)?zāi)康膕 和抗拉強(qiáng)度 b 和斷面收縮率 。b。1. 測定低碳鋼拉伸時(shí)的強(qiáng)度性能指標(biāo)：屈服應(yīng)力2. 測定低碳鋼拉伸時(shí)的塑性性能指標(biāo)：伸長率3. 測定灰鑄鐵拉伸時(shí)的強(qiáng)度性能指標(biāo)：抗拉強(qiáng)度4. 繪制低碳鋼和灰鑄鐵的拉伸圖，比較低碳鋼與灰鑄鐵在拉伸時(shí)的力學(xué)性能和破壞形 式。實(shí)驗(yàn)儀器、設(shè)備1. 電子萬能試驗(yàn)機(jī) （或液壓萬能材料試驗(yàn)機(jī) ）。2. 鋼尺。3. 數(shù)顯卡尺。三、實(shí)驗(yàn)試樣按照國家標(biāo)準(zhǔn) GB6397 86 金屬拉伸試驗(yàn)試樣 ，金屬拉伸試樣的形狀隨著產(chǎn)品的品種、 規(guī)格以及

2、試驗(yàn)?zāi)康牡牟煌譃閳A形截面試樣、 矩形截面試樣、 異形截面試樣和不經(jīng)機(jī)加工 的全截面形狀試樣四種。其中最常用的是圓形截面試樣和矩形截面試樣。對試樣的形狀、尺寸和加工的技術(shù)要求參見國家標(biāo)準(zhǔn)GB6397 86。夾持 過渡l0(b)(a)圖 1-1 試件的截面形式試樣分為夾持部分、過渡部分和待測部分（l）。標(biāo)距（ l 0 ）是待測部分的主體，其截面積為 A0。按標(biāo)距（ l 0）與其截面積（ A0）之間的關(guān)系，拉伸試樣可分為比例試樣和非比例試樣。按國家標(biāo)準(zhǔn) GB6397-86 的規(guī)定，比例試樣的有關(guān)尺寸如下表1-1。表 1-1試樣標(biāo)距 l l0， (mm)截面積 A0，（mm2）圓形試樣直徑 d （

3、mm）延伸率比例長11.3 A0 或 10 d任意任意短5.65 A0 或 5 d四實(shí)驗(yàn)原理（一）塑性材料彈性模量的測試：在彈性范圍內(nèi)大多數(shù)材料服從虎克定律， 即變形與受力成正比。 縱向應(yīng)力與縱向應(yīng)變的 比例常數(shù)就是材料的彈性模量 E，也叫楊氏模量。因此金屬材料拉伸時(shí)彈性模量E地測定是材料力學(xué)最主要最基本的一個(gè)實(shí)驗(yàn)。測定材料彈性模量 E 一般采用比例極限內(nèi)的拉伸試驗(yàn)，材料在比例極限內(nèi)服從虎克定 律，其荷載與變形關(guān)系為：PL0E。EA0若已知載荷 F及試件尺寸，只要測得試件伸長L或縱向應(yīng)變即可得出彈性模量PL0P 1（ L）A0 A0本實(shí)驗(yàn)采用引伸計(jì)在試樣予拉后， 彈性階段初夾持在試樣的中部，

4、過彈性階段或屈服階 段，彈性模量 E測畢取下，其中塑性材料的拉伸實(shí)驗(yàn)不間斷。二）塑性材料的拉伸（低碳鋼） ： 圖 1-2所示是典型的低碳鋼拉伸圖。當(dāng)試樣開始受力時(shí)，因夾持力較小，其夾持部分在夾頭內(nèi)有滑動(dòng)， 故圖中開始階段的滑動(dòng)消失，材料的拉伸進(jìn)入彈性階段。曲線斜率較小，它并不反映真實(shí)的載荷變形關(guān)系；載荷加大后，伸長率1-2b 典型的低碳鋼拉伸圖 低碳鋼的屈服階段通常為較為水平的鋸齒狀（圖中的B-C 段），與最高載荷 B對應(yīng)的應(yīng)力稱上屈服極限，由于它受變形速度等因素的影響較大，一般不作為材料的強(qiáng)度指標(biāo)； 同樣，屈服后第一次下降的最低點(diǎn)也不作為材料的強(qiáng)度指標(biāo)。 除此之外的其它最低點(diǎn)中的最 小值（

5、B 點(diǎn)）作為屈服強(qiáng)度s：= PSL sA0當(dāng)屈服階段結(jié)束后（ C 點(diǎn)），繼續(xù)加載，載荷變形曲線開始上升，材料進(jìn)入強(qiáng)化階段。 若在這一階段的某一點(diǎn)（如 D 點(diǎn)）卸載至零，則可以得到一條與比例階段曲線基本平行的 卸載曲線。此時(shí)立即再加載，則加載曲線沿原卸載曲線上升到 D 點(diǎn)，以后的曲線基本與未 經(jīng)卸載的曲線重合?？梢娊?jīng)過加載、卸載這一過程后，材料的比例極限和屈服極限提高了， 而延伸率降低了，這就是冷作硬化。隨著載荷的繼續(xù)加大，拉伸曲線上升的幅度逐漸減小，當(dāng)達(dá)到最大值（E 點(diǎn)） m 后，試樣的某一局部開始出現(xiàn)頸縮，而且發(fā)展很快，載荷也隨之下降，迅速到達(dá) F 點(diǎn)后，試樣 斷裂。材料的強(qiáng)度極限 b 為：

6、Pb當(dāng)載荷超過彈性極限時(shí)，就會產(chǎn)生塑性變形。金屬的塑性變形主要是材料晶面產(chǎn)生了 滑移，是剪應(yīng)力引起的。描述材料塑性的指標(biāo)主要有材料斷裂后的延伸率和截面收縮率 來表示。伸長率l1 l 0 100%l0截面收縮率A0 A1 100%A0式中 l0、l1和 A0、A1分別是斷裂前后的試樣標(biāo)距的長度和截面積。l 1 可用下述方法測定：直接法：如斷口到最近的標(biāo)距端點(diǎn)的距離大于l0/3 ，則直接測量兩標(biāo)距端點(diǎn)間的長度為l 1；移位法：如斷口到最近的標(biāo)距端點(diǎn)的距離小于l 0/3 ，如圖 1-3 所示：在較長段上，從斷口處 O 起取基本短段的格數(shù)，得到 B 點(diǎn)，所余格數(shù)若為偶數(shù)，則取其一半，得到C點(diǎn)；若為奇數(shù)

7、，則分別取其加 1 和減 1 的一半，得到 C、 C1 點(diǎn)，那么移位后的 l 1 分別為： l 1=AO+OB+2BC ， l 1=AO+OB+BC+BC 1AOB C C1D(b)五實(shí)驗(yàn)步驟（一）塑性材料的拉伸（圓形截面低碳鋼）1、確定標(biāo)距根據(jù)表 1-1的規(guī)定，選擇適當(dāng)?shù)臉?biāo)距（這里以 10d 作為標(biāo)距 l 0），并測量 l 0的實(shí)際值。 為了便于測量 l 1，將標(biāo)距均分為若干格，如 10 格。2 、試樣的測量用游標(biāo)卡尺在試樣標(biāo)距的兩端和中央的三個(gè)截面上測量直徑， 每個(gè)截面在互相垂直的兩 個(gè)方向各測一次，取其平均值，并用三個(gè)平均值中最小者作為計(jì)算截面積的直徑d，并計(jì)算出 A0 值。3 、儀器設(shè)

8、備的準(zhǔn)備根據(jù)材料的強(qiáng)度極限 m和截面積 A0估算最大載荷值 Pmax，根據(jù) Pmax 選擇試驗(yàn)機(jī)測試量 程，建立試驗(yàn)編號，設(shè)置參數(shù)，調(diào)零。4、安裝試件 試件先安裝在試驗(yàn)機(jī)的上夾頭內(nèi)， 再使用手控盒移動(dòng)下夾頭， 使其達(dá)到適當(dāng)?shù)奈恢茫?并 把試件下端夾緊。5、按試驗(yàn)開始按鈕加載，試驗(yàn)斷裂試驗(yàn)結(jié)束，卸載。6、測試樣斷后尺寸（二）脆性材料的拉伸（圓形截面鑄鐵） 鑄鐵等脆性材料拉伸時(shí)的載荷變形曲線不象低碳鋼拉伸那樣明顯地分為彈性、屈服、 頸縮和斷裂四個(gè)階段， 而是一根接近直線的曲線， 且載荷沒有下降段。 它是在非常小的變形 下突然斷裂的，斷裂后幾乎不到殘余變形。因此，測試它的 s 、 、 就沒有實(shí)際意義

9、， 只要測定它的強(qiáng)度極限b 就可以了。實(shí)驗(yàn)前測定鑄鐵試件的橫截面積A0，然后在試驗(yàn)機(jī)上緩慢加載，直到試件斷裂，記錄其最大載荷 Pb ，求出其強(qiáng)度極限b。（三）拉伸試驗(yàn)結(jié)果的計(jì)算精確度1強(qiáng)度性能指標(biāo)（屈服應(yīng)力s和抗拉強(qiáng)度 b ）的計(jì)算精度要求為 0.5MPa ，即：凡0.25 MPa的數(shù)值舍去， 0.25MPa而 0.75MPa的數(shù)值化為 0.5MPa， 0.75MPa的數(shù)值者 則進(jìn)為 1MPa 。2塑性性能指標(biāo) （伸長率 和斷面收縮率 ）的計(jì)算精度要求為 0.5% ，即：凡 0.25% 的數(shù)值舍去， 0.25%而 0.75%的數(shù)值化為 0.5% ， 0.75%的數(shù)值則進(jìn)為 1%。五 . 討論與思考1. 當(dāng)斷口到最