2007年材料力学性能实验指导书

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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－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一曲线）；3．测定45#钢的屈服极限（屈服点应力）σS，强度极限（抗拉强度）σb，伸长率δ和断面收缩率ψ。二、实验基本原理力学性能－也称机械性能，指材料在外力作用下表现出的变形、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

2、料力学的分析计算、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，利用试验机的自动绘图器可绘出拉伸曲线，见图1－1所示的P—ΔL曲线。图中最初阶段呈曲线，是由于试样头部在夹具内有滑动及试验机存在间隙等原因造成的。分析时应将图中的直线段延长与横坐标相交于O点，作为其坐标原点。拉伸曲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，可由该图形的状态来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

3、一种材料的拉伸曲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，以消除试样几何尺寸的影响，可将拉伸曲线图的纵坐标（力P）除以试样原始横截面面积A0,并将横坐标（伸长ΔL）除以试样的原始标距L0得到的曲线便与试样尺寸无关，此曲线称为应力－应变曲线或б—曲线，它与拉伸图曲线相似，也同样表征了材料力学性能。曲线明显分为四个阶段：图1－1低碳钢应力－应变图9（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，完全遵循虎克定律，如图1-1所

4、示。若当应力继续增加到b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σp;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σe。峰值：σp－比例极限，应力应变保持线性关系的应力极大值；σe－弹性极限，σ>σe时外力除去将有残余变形。   　（2）屈服变形阶段（bcd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，这种外力不再增加而试样仍继续产生大量塑性变形的现象称之为“屈服”，c点是屈服点。该点所对应

5、的载荷为Ps，对应的应力记为σs。峰值：σs—屈服（流动）极限，bc段中最低点所对应的应力值。（3）加工硬化阶段（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高，塑性降低。在强化阶段卸载，弹性变形会随之消失，塑性变形将会永久保留下来。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塑性变形阶段，金属的变形强化在此阶段进

6、行。e点对应的是材料所能承受的最大载荷Pb，相应应力记为σb。峰值：σb－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，这种现象被称为“颈缩“阶段。材料颈缩到k点断裂，此时的载荷为Pk。2.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面积，即σ=P/A0MPa。常用σs和σb表示材料的强度大小。   3．材料的塑性指标  拉伸时，当应力超过弹

7、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。金属塑性变形主要是材料晶面产生了滑移，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δ和截面收缩率ψ来表示。δ和ψ值越大，材料的塑性越好。塑性材料：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δ的测定设试样的标距长为试样样拉断后长度的相对伸长量，即: 式中：L1—拉断试件时的标距；L—原始标距   δ>5%为塑性材料；δ<5%为脆性材料（2）

8、断面收缩率ψ：断面收缩率φ是试样拉断后的截面积的相对收缩值，即：9式中：A1—拉断后颈缩处的最小截面面积；A—原始截面面积   4．其它塑性材料拉伸时的力学性能   工程中常用的