实验一 金属材料的拉伸实验

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1、实验一金属材料的拉伸实验 拉伸是材料力学最基本的实验，通过拉伸可以测定出材料一些基本的力学性能参数，如弹性模量、强度、塑性等。 一．实验目的1.测定低碳钢拉伸时的强度性能指标：屈服应力和抗拉强度。2.测定低碳钢拉伸时的塑性性能指标：伸长率和断面收缩率。3.测定灰铸铁拉伸时的强度性能指标：抗拉强度。4.绘制低碳钢和灰铸铁的拉伸图，比较低碳钢与灰铸铁在拉伸时的力学性能和破坏形式。二．实验仪器、设备1.电子万能试验机(或液压万能材料试验机)。2.钢尺。3.数显卡尺。三、实验试样按照国家标准GB6397

2、—86《金属拉伸试验试样》，金属拉伸试样的形状随着产品的品种、规格以及试验目的的不同而分为圆形截面试样、矩形截面试样、异形截面试样和不经机加工的全截面形状试样四种。其中最常用的是圆形截面试样和矩形截面试样。对试样的形状、尺寸和加工的技术要求参见国家标准GB6397—86。夹持过渡夹持过渡hbl0d l0l0(a)(b)图1-1试件的截面形式试样分为夹持部分、过渡部分和待测部分（l）。标距（0）是待测部分的主体，其截面积为A0。按标距（0）与其截面积（A0）之间的关系，拉伸试样可分为比例试样和非比

3、例试样。按国家标准GB6397-86的规定，比例试样的有关尺寸如下表1-1。 表1-1试样标距l0，(mm)截面积A0，（mm2）圆形试样直径d(mm)延伸率比例长11.3或10d任意任意δ短5.65或5dδ四．实验原理（一）塑性材料弹性模量的测试：在弹性范围内大多数材料服从虎克定律，即变形与受力成正比。纵向应力与纵向应变的比例常数就是材料的弹性模量E，也叫杨氏模量。因此金属材料拉伸时弹性模量E地测定是材料力学最主要最基本的一个实验。测定材料弹性模量E一般采用比例极限内的拉伸试验，材料在比例极限

4、内服从虎克定律，其荷载与变形关系为：若已知载荷ΔF及试件尺寸，只要测得试件伸长ΔL或纵向应变即可得出弹性模量E。 本实验采用引伸计在试样予拉后，弹性阶段初夹持在试样的中部，过弹性阶段或屈服阶段，弹性模量E测毕取下，其中塑性材料的拉伸实验不间断。（二）塑性材料的拉伸（低碳钢）：图1-2所示是典型的低碳钢拉伸图。当试样开始受力时，因夹持力较小，其夹持部分在夹头内有滑动，故图中开始阶段的曲线斜率较小，它并不反映真实的载荷—变形关系；载荷加大后，滑动消失，材料的拉伸进入弹性阶段。应力ED B’BCF b

5、s伸长率1-2b典型的低碳钢拉伸图低碳钢的屈服阶段通常为较为水平的锯齿状（图中的B’-C段），与最高载荷B’对应的应力称上屈服极限，由于它受变形速度等因素的影响较大，一般不作为材料的强度指标；同样，屈服后第一次下降的最低点也不作为材料的强度指标。除此之外的其它最低点中的最小值（B点）作为屈服强度s：s=当屈服阶段结束后（C点），继续加载，载荷—变形曲线开始上升，材料进入强化阶段。若在这一阶段的某一点（如D点）卸载至零，则可以得到一条与比例阶段曲线基本平行的卸载曲线。此时立即再加载，则加载曲线沿原

6、卸载曲线上升到D点，以后的曲线基本与未经卸载的曲线重合。可见经过加载、卸载这一过程后，材料的比例极限和屈服极限提高了，而延伸率降低了，这就是冷作硬化。随着载荷的继续加大，拉伸曲线上升的幅度逐渐减小，当达到最大值（E点）Ｒm后，试样的某一局部开始出现颈缩，而且发展很快，载荷也随之下降，迅速到达F点后，试样断裂。材料的强度极限b为： b=当载荷超过弹性极限时，就会产生塑性变形。金属的塑性变形主要是材料晶面产生了滑移，是剪应力引起的。描述材料塑性的指标主要有材料断裂后的延伸率δ和截面收缩率ψ来表示。伸

7、长率截面收缩率式中0、1和A0、A1分别是断裂前后的试样标距的长度和截面积。1可用下述方法测定：直接法：如断口到最近的标距端点的距离大于0/3，则直接测量两标距端点间的长度为1；移位法：如断口到最近的标距端点的距离小于0/3，如图1-3所示：在较长段上，从断口处O起取基本短段的格数，得到B点，所余格数若为偶数，则取其一半，得到C点；若为奇数，则分别取其加1和减1的一半，得到C、C1点，那么移位后的1分别为：1=AO+OB+2BC，1=AO+OB+BC+BC1  AOBCD  ●●●●●●●●●●

8、● (a) AOBCC1D●●●●●●●●●●● (b)五．实验步骤（一）塑性材料的拉伸（圆形截面低碳钢）1、确定标距根据表1-1的规定，选择适当的标距（这里以10d作为标距0），并测量0的实际值。为了便于测量1，将标距均分为若干格，如10格。2、试样的测量用游标卡尺在试样标距的两端和中央的三个截面上测量直径，每个截面在互相垂直的两个方向各测一次，取其平均值，并用三个平均值中最小者作为计算截面积的直径d，并计算出A0值。3、仪器设备的准备根据材料的强度极限Ｒm和截面积A0估算最大载荷值Pmax，