工程力学实验指导书-金属材料拉伸实验

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1、《工程力学》实验指导书上海海洋大学金属材料拉伸实验一、实验目的1•测定低碳钢（如Q235钢这种典型塑性材料）的下列力学性能指标：下屈服强度Rec（或称屈服极限、屈服点氐）、抗拉强度Rm（或强度极限％）、断后伸长率A和断面收缩率Zo2.测定铸铁（典型脆性材料）的抗拉强度Rm（或强度极限盹）。3.观察塑性与脆性两种材料在拉伸过程中的各种现象。4.比较并分析低碳钢和铸铁的力学性能特点与断口破坏特征。二、实验仪器和设备1.万能材料试验机，拉力试验机，电子式拉力试验机。2.电子引伸计。1.游标卡尺。4•试样划线器。三、实验试样大量实验表明，实验

2、时所用试样的形状、尺寸、取样位置和方向、表面粗糙度等因素，对其性能测试结果都有一定影响。为了使金属材料拉伸实验的结果具有符合性与可比性，国家制订有统一标准。本实验按照GB/T228-2002eqvISO6892—1998《金属材料室温拉伸试验方法》第六章试样的要求制备试样。拉伸试样系由夹持、过渡和平行三部分构成。试样两端较粗段为夹持部分，其形状和尺寸可依实验室现有使用试验机夹头情况而定；试样两夹持段之间的均匀部分为实验测试的平行部分；而夹持与平行二部分之间为过渡部分，通常用圆弧进行光滑连接，以减少应力集中。拉伸试验可分为机加工试样和不

3、经机加工的原状全截而试样。通常采用机加工的圆形截而试样如图1（a）所示，亦可采用矩形截面试样如图1（b）所示。图屮J为试样平行段长度，L（）为试样原始标距（或称测量伸长变形的工作长度），d为圆形试样平行部分的原始直径，a为矩形试样平行部分的原始厚度，b为矩形试样平行部分的原始宽度，So为试样平行部分原始横截面面积，r为过渡弧半径。拉伸试样分为比例和非比例标距两种。比例试样系按公式L°=K臥计算确定的试样，式中系数K通常为5.65或11.3,前者称为短试样，后者称为长试样。短试样的标距4=5.65屈或Lo=5d,长试样的标距为厶=11.

4、3何或Lo=10d,一般都采用短比例标距试样。对非比例标距试样的原始标距L（）与原始横截面面积So之间无上述公式表达的比例关系，可根据GB-T2975—1998和ISO377—1997《钢及钢产品力学性能试验取样位置和试样制备》的要求或金属产品供需双方商订的协议要求来确定。这里摘录国标中有关拉伸比例试样的尺寸参数和加工尺寸允许偏差分别列入表1、表2、表3屮，供读者参考。-yQJZd“"•!”一/畫一7（a）IRl形试样（b）矩形试样图1拉仲试样图表1比例试样试样原始标距原始横截面积S（）/inm2圆形试样原始直径d/mm断后伸长率%圆

5、形截面长10078.5410A10.3短50A5.65矩形截面或其他长11.3禹’任意All.3短5.65Js°A5.65表2圆形截面比例试样尺寸（单位：mm）一般尺寸短试样长试样d『minLoULoU2055dL（）+dlOdL（）+d15410463表3试样尺寸允许偏差（单位：mm）圆形截而试样直径d标距部分内允许偏差矩形试样宽度标距部分内允许偏差d最大与最小直径bb最大与最小宽度5〜V10±0.10.0210〜15±0.20」>10±0.20.0520〜30±0.50.2本实验采用圆形截面短比例试样，即L（）=5d；亦可采用圆形

6、截面长比例试样，即L（）=IOdo四、实验原理根据GB-T228—2002和ISO6892—1998《金属材料室温拉伸试验方法》的基本要求，分别简要叙述如下：I低碳钢（Q235钢）拉伸实验原理做拉伸实验时，利用万能材料试验机的自动绘图装置及拉伸过程各特征点的示力度盘读数或电子拉力试验机的X-Y函数记录仪，可测绘出低碳钢试样的拉仲图，即图2所示的拉力F与伸长J—Lo之间关系曲线。图中起始阶段呈曲线，是由于试样头部在试验机夹具内有轻微滑动及试验机各部分存在间隙等原因造成的。分析时可将其忽略直接把图中的直线段延长与横坐标相交于O点，作为其坐

7、标原点。拉伸图形象地描绘出钢材的受力变形特征以及各阶段受力与变形之间的关系，但同一种钢材的拉伸曲线会因试样尺寸不同而异。为了使同一种钢材不同尺寸试样的拉仲过程及其特性点便于比较，以消除试样几何尺寸的影响，可将拉伸曲线图的纵坐标（拉力F）除以试样的原始横截面面积So,并将横坐标（伸长AL）除以试样的原始标距L。，这样得到的曲线便与试样尺寸无关，此曲线称为应力一应变曲线如图1・3所示。从曲线上可以看出，它与拉伸图曲线相似，更清晰表征了钢材的力学性能。拉伸实验过程分为四个阶段如图2和图3所示。图2低碳钢试样拉伸图图3低碳钢应力延伸率图（1）

8、弹性阶段OA：在此阶段中的OP段，其拉力F和伸长AL成正比关系，表明钢材的应力R与延伸率（或称应变）为线性关系，完全遵循虎克定律，则OP段称为线弹性阶段。故点P对应的应力RF称为材料的比例极限，如图3所示。在此弹性阶段内