实验一 低碳钢和铸铁的拉伸实验

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1、实验一金属材料（低碳钢和铸铁）的拉伸实验一、目的：1.测定低碳钢的屈服极限σs，强度极限σb，延伸率δ和截面收缩率ψ；2.掌握万能材料试验机的工作原理和使用方法。3.观察两种材料拉伸过程中的各种现象、拉断后的断口情况，分析二者的力学性能。二、设备及试样：1.万能材料试验机.2.游标卡尺3.PC机一台三、拉伸试件根据不同的材料和要求，对试样的形状、尺寸和加工在国家标准中有规定，必须遵照执行。在拉伸试验中，试样按试件长度不同可划分为长试样（L0=10d0）和短试样（L0=5d0）。本次材料拉伸试验采用L0

2、=10d0（L0为标距即工作段长度，d0为直径，d0=10mm）圆形截面试样，见图1-1。为确保材料处于单向拉伸状态以衡量它的各种性能，拉伸试样有工作部分、过渡部分和夹持部分。其中工作部分即标距处必须表面光滑，以保证材料表面的单向应力状态；过渡部分必须有适当的台肩和圆角，以降低应力集中，保证该处不会变形或断裂；试样两端的夹持部分是装入试验机夹头中的，起传递拉力的作用。试验前，需对低碳钢试样打标距，用试样打点机或手工的方法在试样工作段确定L0=100mm的标记。由于塑性材料径缩局部及其影响区的塑性变形在

3、断后延伸率中占很大比重，显然同种材料的断后延伸率不仅取决于材质、而且取决于试样的标距。试样越短，局部变形所占比例越大，δ也就越大。为便于相互比较，试样的长度应当标准化。图1—1拉伸试样四、试验原理及方法常温下的拉伸试验是测定材料力学性能的基本试验。可用以测定弹性常数E，比例极限σp，屈服极限σs（或非比例伸长应力σP0.2），强度极限σb，延伸率δ和截面收缩率ψ等。这些指标都是工程设计的主要依据。1.弹性模量E的测定弹性模量是材料在比例极限内，应力和应变的比值。即可见，在比例极限内，对试样作用拉力P，

4、并量出标矩的相应伸长，即可求得弹性模量E。为保证载荷不超过比例极限，加载前可先估算试样的屈服载荷，以屈服载荷的70%～80%作为测定弹性模量的最高载荷Pn，此外，为使试验机夹紧试样，以及开始阶段引伸计刀刃在试样上的可能滑动，对试样应施加一个初载荷P0。2.屈服极限σs及强度极限σb的测定测定E后重新加载，到达屈服阶段时，低碳钢的P—曲线呈锯齿形（图4）。与最高载荷对应的应力称为上屈服极限（点B）它受变形速度和试样形状的影响，一般不作为强度指标。一般初始瞬时效应之后的最低载荷PS对应的应力作为屈服极限σ

5、s。因为进入屈服阶段时，示力指针停止前进，并开始倒退，这时应注意指针的波动情况，捕捉指针所指的最低载荷PS。以试样的初始横截面面积A0除PS，即得屈服极限PpPDEBB΄AOPbPsO΄K屈服阶段过后，进入强化阶段，试样又恢复了承载能力（图4）。载荷到达最大值Pb时，试样某一局部的截面明显缩小，出现“颈缩”现象。这时示力度盘的从动针停留在Pb不动，主动针则迅速倒退，表明载荷迅速下降，试样即将拉断。以试样的初始横截面面积A0除Pb，得强度极限为3.延伸率δ和断面收缩率ψ的测定试样的标距原长为，拉断后将两

6、段试样紧密地对接在一起，量出拉断后的标距长为，延伸率应为断口附近塑性变形最大，所以的量取与断口的部位有关。如断口发生于的两端或在之外，则试验无效，应重作。若断口距一端的距离小于或等于（图5b和c），则按下述断口移中法测定。在拉断后的长段上，由断口处取约等于短段的格数得B点，若剩余格数为偶数（图5b），取其一半得C点，AB长为a，BC长为b，则。当长段剩余格数为奇数时（图5c），取剩余格数减1后的一半得C点，加1后的一半得C1点，AB、BC和BC1的长度分别为a、b1和b2,则。试样拉断后，设颈缩处的最

7、小横截面面积为A1，由于断口不是规则的圆形，应在两个相互垂直的方向上量取最小截面的直径，以其平均值计算A1，然后按下式计算断面收缩率：五、试验步骤1.测量试样尺寸测定试样初始横截面面积A0时，在标距的两端及中部三个位置上，沿两个相互垂直的方向，测量试样直径，以其平均值计算各横截面面积，再以三个横截面面积中的最小值作为公式中的A0。2.调整试验机按要求调整万能试验机。根据估计最大载荷，选用合适的测力。3.装夹试样按要求装夹试件。4.将原始数据输入计算机。5.加载开始试验并单击“开始试验”按钮，加载应均匀

8、、缓慢，速率控制在2mm/min的范围内。加载的过程中要注意屈服阶段和颈缩现象的出现。6.取下试件，将试验机恢复原状。观察试件并测量有关数据。试验后的测量和断口的观察低碳钢材料拉断后，须计算其延伸率和截面收缩率，因此要测量断后标距长度和断口(颈缩)处直径。分析拉伸试样的断口，对于评价材料的质量是很重要的，而且还有助于判断材料的塑性、强度及其综合性能。观察低碳钢铸铁两种材料的断口，并分析原因。低碳钢：断后有较大的宏观塑性变形，断口呈灰暗色纤维状，不完全杯锥