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1、拉伸试验材料二第四组b91507044孙启元一．原理拉伸试验是用来测试材料在静止状态承受荷重或受到缓慢增加负荷时的抵抗能力,将试杆的两端夹持于试验机之上下夹头中,加荷重于试杆,则试杆会逐渐伸长｡继续慢慢增加荷重,而把对应每一荷重的伸长纪录下来,可得荷重-伸长曲线图,而伸长的比例即变形的比例称为工程应变;试片经拉伸后,以应力为y轴,应变为x轴,可以画出应力-应变曲线图(如下图(a)､(b)),进而得之各材料的降伏强度､拉伸强度､伸长､收缩等…×破斷降伏點σmaxσyield應力E：彈性限P：比例限EP應變(a)具有明顯降伏強度。×破斷0.2%降伏強度σmaxσyield應力應變0.2%(b)不具
2、有明顯降伏強度，訂定從應變軸上0.2%位置畫一平行比例線之直線與σ－ε曲線相交於一點，該點即為0.2%截距降伏強度點。開始頸縮1.比例限与弹性限:如上图(a),当外加应力不超过P点时,其应力(σ)与应变(ε)成直线比例关系,即满足Hooke’sLaw:σ=Eε斜率即为杨氏系数E;σP称之为比例限,σE称之为弹性限,当外加应力超过σP时,应力-应变关系不再呈直线,但变形仍属弹性;直到应力超过σE之后,该材料已经塑性变形,此时若将外力释放,材料将不再回复原来形状｡一般而言,金属与陶瓷材料之σP与σE大致相同｡2.降伏点与降伏强度:有些材料具有明显的降伏现象,有些则否;如上图所示:当应力超过σE后,
3、如果继续对试片施加荷重,当达到某一值时,应力突然下降,此时应力称之为降伏强度,定义为:σyield=但是,对于大部分金属(如铝､铜等)并不具有明显的降伏现象,因此我们订定0.2%截距降伏强度表示之｡此点之订定方法为:从应变轴上之0.2%之位置画一平行比例线之直线,此线与σ-ε曲线相交于一点,该点之应力即为0.2%截距降伏强度｡1.最大抗拉强度与破断强度:材料经过降伏强度现象之后,若继续施予应力,此时产生加工硬化现象,材料抗拉强度随外加应力的增加而逐渐升高｡当达到最高点时该应力称为材料之最大抗拉强度(UTS),定义为:σUTS=对脆性材料来说,UTS为重要的机械性质;但对于延性材料而言,UTS则
4、不常用于工业设计,因为在到达此值之前,材料已经产生很大的塑性变形｡材料经过UTS之后,开始由局部变形产生颈缩现象(Necking),之后应变所需的应力逐渐减少,伸长部份也集中于颈缩区｡直到产生破断,此时应力称为该材料之破断强度,定义为:σf=2.延性:材料之延性可以伸长率来表示:伸长率=×100%其中L0与L1分别为材料试验前后之长度｡另外,延性也可用断面缩率来表示:断面缩率=×100%其中A0与Af分别为材料试验前后之截面积｡若颈缩部分(即破断面部分)不在标距中央三分之一范围内,则应该用八等分法或十等分法来修正其数据｡而本次实验使用的修正方法为后者｡一．材料与设备材料:低碳钢､灰铸铁､铝合金
5、､铜合金之棒状材料,拉伸试片的尺寸均有一定的规格(请参考中国国家标准,CNS2122,G2014)设备:1.油压式万能材料试验机2.游标尺3.标点分割器一．实验方法1.使用标点分割器或电解蚀刻分割器,将试片分画两标点并把两标点间之距离十等分(试片上再以立可白画之,始能清楚观测画线)｡2.使用游标尺量测试片两标点之正确长度作为标距长,并测量其截面积｡3.由试片之直径､材质等推断大概之强度而选定试验机之适当荷重｡4.将拉力-伸长量曲线纸装上仪器｡5.将试杆装上万能试验机,选用适当的夹头,先将试杆上端夹紧,再移动下夹头座,将试杆下端夹紧｡6.如配有伸长计,则将之夹紧在试杆的平行部位,并将电路线连接到
6、纪录仪上,如没有伸长计可用,可将夹头座移动的放大机构连接上｡7.将负荷刻度盘上的被动指针归零｡8.慢慢的调节油压阀,以增加拉伸负荷｡9.由指针读出降伏强度(指针第一次停止或回降时的荷重),并由固定指针读得最大荷重(固定指针为红色)｡10.试片破断时,读取破断荷重,并将油压关闭,停止加荷重｡11.取下试片,并拢后量取其标点距离二．结果与讨论实验数据:铝合金与铜合金并没有降伏点,其降伏强度是在｢荷重─伸长量曲线图｣中,以横距法求得(伸长率取0.2%)｡材料种类低碳钢灰铸铁铝合金铜合金直径试验前D0(mm)12.5012.4012.7012.40试验后Df(mm)8.5510.006.25断面积试验
7、前A0(mm2)122.72120.76126.68120.76试验后Af(mm2)57.3978.530.66标点距离试验前L0(mm)51.0050.7551.90试验后Lf(mm)66.5059.1556.40降伏点荷重Py(kg)506536753350降伏强度σy(kg/mm2)41.2729.0127.74最大荷重点荷重Pu(kg)7280453540873512抗拉强度σu(kg/m
