材料试验方法-拉伸试验

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1、拉伸試驗一、實驗目的測定材料的彈性係數、降伏點或降服強度、抗拉強度、伸長率，以及斷面縮率。二、實驗設備(1)萬能材料試驗機(圖一)。(2)伸長計（extensometer）。(3)標點刻度器（標點距離50mm）。(4)游標卡尺（精度0.05mm）。三、實驗材料低碳鋼、黃銅。圖一：萬能材料試驗機四、實驗原理本試驗使用如圖一所示之萬能試驗機，其最大荷重為20噸。利用該試驗機進行拉伸實驗，以得知材料之基本性質。將材料試棒裝上試驗機後，施加荷重時材料將產生伸長量。把對應每一荷重的伸長量記錄下來後，可得圖二所示之荷重─伸長曲線圖（load-elon

2、gationcurvediagram）。進而計算出該材料的降伏強度、抗拉強度、伸長率及斷面縮率，並且利用伸長計（extensometer）測定金屬材料之楊氏彈性係數。6參考圖二：曲線1是典型的低碳鋼之荷重─伸長曲線圖，P點為比例限，E點為彈性限，Y1點為上降伏點，Y2點為下降伏點，Y1至Y3間為降伏伸長。假如在試棒表面磨得很亮之情況，到達Y1時，試棒之一部份會出現塑性變形之區域，即產生Ludersband，而隨著降伏進行，此band漸漸擴展，到達Y3點後此band會擴展到試棒全面。此後進入加工硬化區域，到達最大荷重M點後試棒發生局部的斷面

3、積收縮，稱為頸縮（necking），而在Z點破斷。曲線2為銅、鋁等非鐵金屬的荷重─伸長曲線圖，沒有明顯的降伏點，工程上常以殘留0.2%永久變形所對應的應力定義為其降伏強度。由此結果可計算出下列數據：(1)降伏點＝PY1/A0（kgf/mm2）PY1：曲線1點Y1之荷重；A0：試棒之原截面積(2)降伏強度＝Pε/A0（kgf/mm2）Pε:曲線2點C所對應的荷重(3)抗拉強度＝Pu/A0（kgf/mm2）Pu：最大荷重M點之荷重(4)伸長率＝(L'-L0)/L0×100%L'：試驗後試棒兩標點間之距離L0：試驗前試棒兩標點間之距離(5)斷面

4、縮率＝(A0-A')/A0×100%A0：試棒之原截面積A'：試棒拉斷部份之最小截面積圖二：荷重─伸長曲線6本試驗將在拉伸的同時，利用伸長計測得金屬材料的荷重─兩點延伸曲線（load-gagelengthelongationcurve），再由該曲線求得彈性係數（modulesofelasticity）。伸長計係利用differentialtransformer，將試棒所測得之伸長量變化轉換為具有高感度及高精度之電量。將伸長計夾於試棒上，使其位移方向與試棒之應變方向同向，其即會將試棒之應變轉換成精密之電量改變。一、實驗方法1.準備試棒(1)

5、在試棒平行部，用標點刻度器刻劃兩點距離（標點距離50mm）。(2)用游標卡尺測定試棒標點部份及中央部份之直徑。測定直徑時需測定互相直交的兩個方向，測定到規定尺寸的0.5%之數據。例如：若直徑為12.5mm，則12.5mm×0.5%=0.0625mm，即測至0.05mm（1/20mm）之程度即可。請記錄於表一內。2.試驗機以及電腦之準備工作(1)進入電腦內之〔萬能材料試驗機測試程式〕。(2)打開試驗機開關，並選擇〔自動控制模式〕。(3)打開油壓幫浦並進行熱機程序約10分鐘。(4)利用〔聯板上升〕鍵將上聯板（crosshead）上升至超過機台

6、底座之紅線位置後，按下〔聯板停止〕鍵固定上聯板，以排除機台底座之摩擦，6並扣除上聯板之位移量。(1)利用〔down〕鍵降下中聯板。(2)將伸長計裝置於試棒刻劃之兩標點位置。(3)利用上聯板之夾頭固定試棒之上自由端。(4)利用中聯板之夾頭固定試棒之下自由端。3.試驗(1)於測試程式中，選擇〔兩點延伸模式〕進行測試。(2)按下〔機台停止〕鍵切換為主測試畫面。(3)按下〔測試精靈〕鍵，系統程式將逐步提示使用者設定測試所需的資料。(4)按下〔測試〕鍵開始測試。(5)在超過降伏點後，機台將維持固定荷重，於此時將伸長計自機台上取下。(6)按下鍵盤上之

7、〔End〕以及〔F12〕以改變機台為定應變拉伸模式，繼續將試棒拉斷。(7)試棒斷裂後，試驗機將停止動作，並要求使用者輸入標距之拉伸長度及斷面積。由試驗機上取下試棒，再按下〔復原〕鍵將機台歸回零點。(8)按下〔存檔〕鍵儲存檔案。(9)列印實驗所得之〔荷重─位移〕與〔荷重─兩點延伸〕兩圖。64.量測並觀察拉斷試棒(1)將試棒之斷口緊密接合後，量測兩標點的距離及直徑最小部位的截面積，並記錄於表二。(2)觀察試棒之拉斷位置及其斷面形狀（Cup&Cone或是平整斷面）。一、實驗結果表一：試驗前的試棒測定試棒種類直徑之平均值D0(mm)截面積之平均值

8、A0(mm2)標點距離L0(mm)低碳鋼黃銅表二：試驗後的試棒測定試棒種類最小斷面直徑之平均值D’(mm)最小截面積A’(mm2)標點距離L’(mm)破斷處之破斷面狀態低碳鋼黃銅表三：試驗結果