試驗一金屬材料的拉伸試驗

1、實驗金屬材料的拉伸實驗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)最基本的實驗， 彈性模量、強度、塑性等。 一實驗?zāi)康膕 和抗拉強度 b 和斷面收縮率 。b。1. 測定低碳鋼拉伸時的強度性能指標(biāo)：屈服應(yīng)力2. 測定低碳鋼拉伸時的塑性性能指標(biāo)：伸長率3. 測定灰鑄鐵拉伸時的強度性能指標(biāo)：抗拉強度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的力學(xué)性能和破壞形 式。實驗儀器、設(shè)備1. 電子萬能試驗機 （或液壓萬能材料試驗機 ）。2. 鋼尺。3. 數(shù)顯卡尺。三、實驗試樣按照國家標(biāo)準(zhǔn) GB6397 86 金屬拉伸試驗試樣 ，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?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四實驗原理（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彈性模量E地測定是材料力學(xué)最主要最基本的一個實驗。測定材料彈性模量 E 一般采用比例極限內(nèi)的拉伸試驗，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本實驗采用引伸計在試樣予拉后， 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驗不間斷。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，因夾持力較小，其夾持部分在夾頭內(nèi)有滑動， 故圖中開始階段的滑動消失，材料的拉伸進入彈性階段。曲線斜率較小，它并不反映真實的載荷變形關(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度指標(biāo)； 同樣，屈服后第一次下降的最低點也不作為材料的強度指標(biāo)。 除此之外的其它最低點中的最 小值（

5、B 點）作為屈服強度s：= PSL sA0當(dāng)屈服階段結(jié)束后（ C 點），繼續(xù)加載，載荷變形曲線開始上升，材料進入強化階段。 若在這一階段的某一點（如 D 點）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。此時立即再加載，則加載曲線沿原卸載曲線上升到 D 點，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)達到最大值（E 點） 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 F 點后，試樣 斷裂。材料的強度極限 b 為：

6、Pb當(dāng)載荷超過彈性極限時，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)距端點的距離大于l0/3 ，則直接測量兩標(biāo)距端點間的長度為l 1；移位法：如斷口到最近的標(biāo)距端點的距離小于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，所余格數(shù)若為偶數(shù)，則取其一半，得到C點；若為奇數(shù)

7、，則分別取其加 1 和減 1 的一半，得到 C、 C1 點，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)五實驗步驟（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截面上測量直徑， 每個截面在互相垂直的兩 個方向各測一次，取其平均值，并用三個平均值中最小者作為計算截面積的直徑d，并計算出 A0 值。3 、儀器設(shè)

8、備的準(zhǔn)備根據(jù)材料的強度極限 m和截面積 A0估算最大載荷值 Pmax，根據(jù) Pmax 選擇試驗機測試量 程，建立試驗編號，設(shè)置參數(shù)，調(diào)零。4、安裝試件 試件先安裝在試驗機的上夾頭內(nèi)， 再使用手控盒移動下夾頭， 使其達到適當(dāng)?shù)奈恢茫?并 把試件下端夾緊。5、按試驗開始按鈕加載，試驗斷裂試驗結(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 、 、 就沒有實際意義

9、， 只要測定它的強度極限b 就可以了。實驗前測定鑄鐵試件的橫截面積A0，然后在試驗機上緩慢加載，直到試件斷裂，記錄其最大載荷 Pb ，求出其強度極限b。（三）拉伸試驗結(jié)果的計算精確度1強度性能指標(biāo)（屈服應(yīng)力s和抗拉強度 b ）的計算精度要求為 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 則進為 1MPa 。2塑性性能指標(biāo) （伸長率 和斷面收縮率 ）的計算精度要求為 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)值則進為 1%。五 . 討論與思考1. 當(dāng)斷口到最