年材料力学性能实验指导书（页）

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1、实验一、45#钢的拉伸实验一、实验目的1•了解试验设备一电子万能材料试验机的结构和工作原理，掌握其操作规程及正确使用方法；2.观察45#钢在拉伸过程中的各种现象,并绘制出拉伸曲线（P-ALlSl线）；3.测定45#钢的屈服极限（屈服点应力）os，强度极限（抗拉强度）Ob，伸长率§和断面收缩率二、实验基本原理力学性能一也称机械性能，指材料在外力作用卜•表现出的变形、破坏等方面的特性。常温、静载下的轴向拉伸试验是材料力学试验中最基本、应用最广泛的试验。通过拉伸试验，可以全面地测定材料的力学性能，如弹性、塑性、强度、断裂等力学性能指标。这些性能指标对材料力学的分

2、析计算、工程设计、选择材料和新材料开发都有及其重要的作用。依据国标GB/T228-2002《金属室温拉伸实验方法》分别叙述如下：1.静载单向拉伸应力〜应变曲线在拉伸试验时，利用试验机的H动绘图器可绘出拉伸Illi线，见图1—1所示的p—ALlIh线。图中最初阶段呈Illi线，是由于试样头部在夹具内有滑动及试验机存在间隙筹原因造成的。分析时应将图中的直线段延长与横坐标相交于0点，作为其处标原点。拉伸Illi线形象的描绘出材料的变形特征及各阶段受力和变形间的关系，可由该图形的状态來判断材料弹性与塑性好坏、断裂时的韧性与脆性程度以及不同变形下的承载能力。但同一种

3、材料的拉伸Illi线会因试样尺寸不同而各异。为了使同一种材料不同尺寸试样的拉伸过程及其特性点便于比较，以消除试样儿何尺寸的影响，可将拉伸］11

4、线图的纵处标（力P）除以试样原始横截面面积A。,并将横朋标（伸长AL）除以试样的原始标距5得到的

5、11

6、线便与试样尺寸无关，此曲线称为应力一应变Illi线或6—Gill线，它与拉伸图Illi线相似，也同样表征了材料力学性能。1111线明显分为四个阶段：图1一1低碳钢应力一应变图（1）弹性变形阶段（oab段）：此时变形量与载荷成正比。在此阶段中的oa段拉力和伸长成正比关系，表明钢材的应力与应变为线性关系，完全遵循虎克

7、定律，如图1-1所示。若当应力继续增加到匕点时，应力和应变的关系不再是线性关系，但变形仍然是弹性的，即卸除拉力后变形完全消失。a点所对应的极限载荷值记为Pp,应力值记为。”；b点所对应的载荷Pe是不产生永久变形的最大抗力，对应应力。e。峰值：。戸一比例极限，应力应变保持线性关系的应力极大值；oe—弹性极限，时外力除去将有残余变形。（2）屈服变形阶段（bed段）:从b点开始式样进入塑性变形阶段，c点是第一次下降的最低点，从c点到d点变形曲线呈平线或波浪线，这种外力不再增加阳试样仍继续产生大量塑性变形的现彖称Z为“屈服”,c点是屈服点。该点所对应的载荷为尸s,

8、对应的应力记为os。峰值：os—屈服（流动）极限，be段中最低点所对应的应力值。（3）加更化阶段（de段）:由d点开始曲线上升。这个阶段的最大特点是呈均匀变化阶段，随着塑性变形量的增大，材料的力学性能发生变化，即材料的变形抵抗力提鬲，塑性降低。在强化阶段卸载，弹性变形会随Z消失，塑性变形将会永久保帘卜•来。强化阶段的卸载路径与弹性阶段平行，卸载后重新加载时，加载线与弹性阶段平行，重新加载后，材料的比例极限明显提高，而塑性性能会相应下降。这种现象叫做形变硬化或冷作硬化。这个阶段是金属最重要的幫性变形阶段，金属的变形强化在此阶段进行。e点对应的是材料所能承受的

9、最人载荷Pb，相应应力记为。人峰值：。〃一强度极限（抗拉强度），是材料所能承受的最大应力，又称破坏应力。（4）颈缩阶段（ek段）：从e点开始，试样发生局部变细，同时从拉伸图可以可见载荷随着变形的增大而减小，这种现彖被称为“颈缩“阶段。材料颈缩到k点断裂，此时的载荷为Pko1.材料的强度强度是表征材料抵抗变形和断裂的能力。通常用材料所承受的极限应力来表示的。也就是以材料的所承受的极限载荷值除以试样的而积，即o=P/A°MPa。常用os和ob表示材料的强度大小。2.材料的塑性指标拉伸时，当应力超过弹性极限后，金属在继续发生弹性变形的同时，伴随着产生了塑性变形。

10、金属塑性变形主耍是材料晶而产生了滑移，是由剪应力引起的，材料发生塑性变形的能力叫做塑性。为了表示材料塑性的大小，可以用材料拉伸断裂后的延伸率5和截而收缩率屮来表示。S和屮值越大,材料的塑性越好。册性材料：在显著的残余变形下才破坏的材料。例如低碳钢。脆性材料：在较小的残余变形下就破坏的材料。例如铸铁、混凝土、石料等。（1）延伸率5的测定设试样的标距长为试样样拉断示长度的相对伸长量，即：式中：L]—拉断试件时的标距；L—原始标距§>5%为鴉性材料；$〈5%为脆性材料（2）断面收缩率屮：断血收缩率（p是试样拉断麻的截面积的相对收缩值，即:,4_=兔甲=xlC'O

11、^A式中：AL拉断后颈缩处的最小截面曲积；A—原始截面面积1.其它