金屬拉伸實驗報告

1、金屬拉伸實驗報告【實驗目得】1、測定低碳鋼得屈服強度 R h 、 ReL 及 R 、抗拉強度 Rm 、斷后伸長率 A 與斷面收縮率 。2、測定鑄鐵得抗拉強度Rm與斷后伸長率 A。3、觀察并分析兩種材料在拉伸過程中得各種現象（包括屈服、強化、冷作硬化與頸縮等現象），并繪制拉伸圖。4、比較低碳鋼（塑性材料）與鑄鐵( 脆性材料）拉伸機械性能得特點?！緦嶒炘O備與器材】1、電子萬能試驗機WD-200型2、游標卡尺3、電子引伸計【實驗原理概述】為了便于比較實驗結果 , 按國家標準 G2 7中得有關規(guī)定 , 實驗材料要按上述標準做成比例試件 , 即： ? 圓形截面試件 : 0 =1 0 ( 長試件） ? 式

2、中 : L 0 - 試件得初始計算長度 ( 即試件得標距 ) ； ? - 試件得初始截面面積； ? d - 試件在標距內得初始直徑 ? 實驗室里使用得金屬拉伸試件通常制成標準圓形截面試件 , 如圖 1 所示圖 1 拉伸試件將試樣安裝在試驗機得夾頭中 , 然后開動試驗機 , 使試樣受到緩慢增加得拉力（應根據材料性能與試驗目得確定拉伸速度 ) ，直到拉斷為止 , 并利用試驗機得自動繪圖裝置繪出材料得拉伸圖 （圖 22 所示）。應當指出，試驗機自動繪圖裝置繪出得拉伸變形 L 主要就是整個試樣（不只就是標距部分 ) 得伸長，還包括機器得彈性變形與試樣在夾頭中得滑動等因素。由于試樣開始受力時, 頭部在夾

3、(a) 低碳鋼拉伸曲線圖(b)鑄鐵拉伸曲線圖圖 2 2由試驗機繪圖裝置繪出得拉伸曲線圖頭內得滑動較大，故繪出得拉伸圖最初一段就是曲線。、低碳鋼（典型得塑性材料)當拉力較小時，試樣伸長量與力成正比增加, 保持直線關系 , 拉力超過F后拉伸曲線將由直變曲。 保持直線關系得最大拉力就就是材料比例極限得力值FP 在 P 得上方附近有一點就是 c , 若拉力小于 F 而卸載時，卸載后試樣立刻恢復原狀 , 若拉力大于 Fc 后再卸載，則試件只能部分恢復 , 保留得殘余變形即為塑性變形 , 因而 就是代表材料彈性極限得力值。當拉力增加到一定程度時，試驗機得示力指針 ( 主動針 ) 開始擺動或停止不動，拉伸圖

4、上出現鋸齒狀或平臺 , 這說明此時試樣所受得拉力幾乎不變但變形卻在繼續(xù) , 這種現象稱為材料得屈服。低碳鋼得屈服階段常呈鋸齒狀, 其上屈服點B受變形速度及試樣形式等因素得影響較大，而下屈服點 B 則比較穩(wěn)定（因此工程上常以其下屈服點 B 所對應得力值 FeL 作為材料屈服時得力值 ) 。確定屈服力值時 , 必須注意觀察讀數表盤上測力指針得轉動情況 , 讀取測力度盤指針首次回轉前指示得最大力 FeH（上屈服荷載 ) 與不計初瞬時效應時屈服階段中得最小力 F L（下屈服荷載 ) 或首次停止轉動指示得恒定力FeL（下屈服荷載 ), 將其分別除以試樣得原始橫截面積 ( ）便可得到上屈服強度 Re 與下

5、屈服強度e 。即eH=F /0R= F/ S0eHe LeL屈服階段過后 , 雖然變形仍繼續(xù)增大 , 但力值也隨之增加 , 拉伸曲線又繼續(xù)上升，這說明材料又恢復了抵抗變形得能力， 這種現象稱為材料得強化。在強化階段內， 試樣得變形主要就是塑性變形，比彈性階段內試樣得變形大得多 , 在達圖 2 3 低碳鋼得冷作硬化到最大力 F 之前 , 試樣標距范圍內得變形就是均勻得，拉伸曲線就是一段平緩上升得曲線 , 這時可明顯地瞧到整個試樣得橫向尺寸在縮小此最大力 F 為材料得抗拉強度力值 , 由公式 Rm=Fm/ S0 即可得到材料得抗拉強度 Rm。如果在材料得強化階段內卸載后再加載，直到試樣拉斷 , 則

6、所得到得曲線如圖 23 所示。卸載時曲線并不沿原拉伸曲線卸回 , 而就是沿近乎平行于彈性階段得直線卸回 , 這說明卸載前試樣中除了有塑性變形外，還有一部分彈性變形；卸載后再繼續(xù)加載 , 曲線幾乎沿卸載路徑變化, 然后繼續(xù)強化變形 , 就像沒有卸載一樣 , 這種現象稱為 材料得冷作硬化 。顯然 , 冷作硬化提高了材料得比例極限與屈服極限，但材料得塑性卻相應降低。當荷載達到最大力 后，示力指針由最大力 Fm 緩慢回轉時 , 試樣上某一部位開始產生局部伸長與頸縮 , 在頸縮發(fā)生部位 , 橫截面面積急劇縮小 , 繼續(xù)拉伸所需得力也迅速減小 , 拉伸曲線開始下降 , 直至試樣斷裂。此時通過測量試樣斷裂后

7、得標距長度 與斷口處最小直徑 du , 計算斷后最小截面積（ Su), 由計算公式、即可得到試樣得斷后伸長率與斷面收縮率 Z.2、鑄鐵 ( 典型得脆性材料）脆性材料就是指斷后伸長率 A 5% 得材料 , 其從開始承受拉力直至試樣被拉斷 , 變形都很小。而且 , 大多數脆性材料在拉伸時得應力 - 應變曲線上都沒有明顯得直線段 , 幾乎沒有塑性變形，也不會出現屈服與頸縮等現象 ( 如圖 22b 所示 ) ，只有斷裂時得應力值 - 強度極限。鑄鐵試樣在承受拉力、變形極小時，就達到最大力Fm而突然發(fā)生斷裂 , 其抗拉強度也遠小于低碳鋼得抗拉強度 . 同樣，由公式 =Fm/ 0 即可得到其抗拉強度 R

8、, 而由公式 則可求得其斷后伸長率 A.【實驗步驟】一、低碳鋼拉伸試驗1、試樣準備 ：為了便于觀察標距范圍內沿軸向得變形情況 , 用試樣分劃器或標距儀在試樣標距 L0 范圍內每隔 mm刻劃一標記點 ( 注意標記刻劃不應影響試樣斷裂 ) ，將試樣得標距段分成十等份 .用游標卡尺測量標距兩端與中間三個橫截面處得直徑 , 在每一橫截面處沿相互垂直得兩個方向各測一次取其平均值 , 用三個平均值中最小者計算試樣得原始橫截面積 S0( 計算時 S0 應至少保留四位有效數字 ) 。2、試驗機準備 :根據低碳鋼得抗拉強度Rm與試樣得原始橫截面積S0 估計試驗所需得最大荷載 , 并據此選擇合適得量程， 配上相應

9、得砝碼砣 , 做好試驗機得調零 ( 注意 : 應消除試驗機工作平臺得自重 ) 、安裝繪圖紙筆等準備工作。3、裝夾試樣 :先將試樣安裝在試驗機得上夾頭內, 再移動試驗機得下夾頭（或工作平臺、或試驗機橫梁 ) 使其達到適當位置 , 并把試樣下端夾緊 ( 注意：應盡量將試樣得夾持段全部夾在夾頭內， 并且上下要對稱。 完成此步操作時切忌在裝夾試樣時對試樣加上了荷載）。4、裝載電子引伸計 :將電子引伸計裝載在低碳鋼試樣上, 注意電子引伸計要在比例極限處卸載。5、進行試驗：開動試驗機使之緩慢勻速加載( 依據規(guī)范要求，在屈服前以660 MP /s 得速率加載 ), 并注意觀察示力指針得轉動、自動繪圖得情況與

10、相應得試驗現象 . 當主動針不動或倒退時說明材料開始屈服 , 記錄上屈服點 Fe（主動針首次回轉前得最大力 ) 與下屈服點 FeL( 屈服過程中不計初始瞬時效應時得最小力或主動針首次停止轉動得恒定力 ) ，具體情況如圖 24 所示 ( 說明 : 前所給出得加載速率就是國標中規(guī)定得測定上屈服點時應采用得速率，在測定下屈服點時 , 平行長度內得應變速率應在 0、00025 0、 025s之間 , 并應盡可能保持恒定。如果不能直接控制這一速率，則應固定屈服開始前得應力速率直至屈服階段完成）.圖 2 4屈服荷載得確定根據國標規(guī)定 , 材料屈服過后 , 試驗機得速率應使試樣平行長度內得應變速率不超過 0

11、、008s。在此條件下繼續(xù)加載 , 并注意觀察主動針得轉動、自動繪圖得情況與相應得試驗現象 ( 強化、冷作硬化與頸縮等現象在強化階段得任一位置卸載后再加載進行冷作硬化現象得觀察；此后 , 待主動針再次停止轉動而緩慢回轉時 , 材料進入頸縮階段 ,注意觀察試樣得頸縮現象), 直至試樣斷裂停車。記錄所加得最大荷載Fm 從動針最(后停留得位置 ) 。、試樣斷后尺寸測定 :取出試樣斷體，觀察斷口情況與位置。將試樣在斷裂處緊密對接在一起，并盡量使其軸線處于圖 25移位法測量 L同一直線上 , 測量斷后標u距 Lu 與頸處得最小直徑 u（應沿相互垂直得兩個方向各測一次取其平均值）, 計算斷后最小橫截面積S

12、。注意 : 在測定u 時, 若斷口到最臨近標距端點得距離不小于1/3 L0，則直接測量標距兩端點得距離； 若斷口到最臨近標距端點得距離小于1/ L, 則按圖5 所示得移位法測定： 符合圖 (a) 情況得 , uABC 符合圖(）情況得,L uA=+,= + C；若斷口非?？拷嚇觾啥耍涞阶钆R近標距端點得距離還不足兩等份，且測得得斷后伸長率小于規(guī)定值 , 則試驗結果無效，必須重做。此時應檢查試樣得質量與夾具得工作狀況 , 以判斷就是否屬于偶然情況。、歸整實驗設備：取下繪記錄圖紙， 請教師檢查試驗記錄， 經認可后清理試驗現場與所用儀器設備 , 并將所用得儀器設備全部恢復原狀二、鑄鐵拉伸試驗1、

13、測量試樣原始尺寸：測量方法要求同前 , 但只用快干墨水或帶色涂料標出兩標距端點 , 不用等分標距段。、試驗機準備：（要求同前 ) 。3、安裝試樣 : ( 方法同前 ) 。4、檢查試驗機工作就是否正常: ( 檢查同前 , 但勿需試車 ) 。5、進行試驗 :開動試驗機，保持試驗機兩夾頭在力作用下得分離速率使試樣平行長度內得應變速率不超過0、008/ 得條件下對試樣進行緩慢加載, 直至試樣斷裂為止 . 停機并記錄最大力Fm。6、試樣斷后尺寸測定 :取出試樣斷體 , 觀察斷口情況。然后將試樣在斷裂處緊密對接在一起 , 并盡量使其軸線處于同一直線上 , 測量試樣斷后標距 Lu（直接用游標卡尺測量標距兩端

14、點得距離 ) 。、歸整實驗設備 :取下繪記錄圖紙 , 請教師檢查試驗記錄，經認可后清理試驗現場與所用儀器設備 , 并將所使用得儀器設備全部復原。、結束試驗【實驗記錄】表 21、試樣原始尺寸直徑0原始橫截標距/mm材料截面 I截面 I截面 III面面積 S0L0/mm22平均1平均1平均 mm1、 10、0 10、 00、低碳鋼100、 010、00 10、00010、00 10、00 10、00、 54鑄鐵100、 01、 1、 10、 0 0、 10、 10、 010、00 1、 10、 0、 540000表、試驗數據記錄單位:K 材料上屈服荷載eH下屈服荷載 e屈服荷載最大荷載 Fm低碳

15、鋼8、562、 925、 935、87鑄鐵1、 2表 -3 、試樣斷后尺寸u斷后伸長斷后縮頸處最小直徑u/m斷后最小橫截材 料標距L/mLu L / 12平均面積 Su/m2低碳鋼10、02、 65、7005、7005、 02、 52鑄 鐵 0、010、0【數據處理】由實驗報告機提供得實驗數據，有低碳鋼與鑄鐵上屈服強度 , 下屈服強度 , 抗拉強度，計算公式如下 :低碳鋼得上屈服強度 :低碳鋼得下屈服強度：低碳鋼得抗拉強度 :低碳鋼得斷后伸長率：低碳鋼得斷面收縮率 :鑄鐵得抗拉強度 :鑄鐵得斷后伸長率 :低碳鋼得端口發(fā)生在第五格與第六格之間 , 符合實驗要求故實驗數據處理結果如下表：上屈服強度

16、下屈服強度抗拉強度斷后伸長率斷面收縮率材 料Re / aR L PaRm/GP/%/%低碳鋼0、 6360、300、564、667、 5鑄 鐵、18210、06繪制 - 簡圖以及端口形狀斷口形狀 :【實驗討論】1、什么叫比例試樣 ?它應滿足什么條件 ?國家為什么要對試樣得形狀、 尺寸、公差與表面粗糙度等做出相應得規(guī)定？答: 拉力試件分為比例試件與非比例試件。比例試件得標距長度與橫截面積之間具有如下關系:，常數通常為、5 與 11、 3,前者稱為短試件,后者稱為長試件。所以，長試件滿足,短試件滿足。因為 ,試件得形狀、 尺寸、公差與表面粗糙度(不同 ),會對試驗數據（結果)產生影響得，因此要做出

17、規(guī)定得,使得檢測結果標準化。2、參考試驗機自動繪圖儀繪出得拉伸圖，分析低碳鋼試樣從加力至斷裂得過程可分為哪幾個階段？相應于每一階段得拉伸曲線各有什么特點?答: 主要分四個階段。第一個階段為彈性階段, 即 , 在拉伸得初始階段，拉伸與壓縮滿足正比例關系，這一段得拉伸曲線為直線。在這個階段卸除載荷, 材料可以恢復變形第二階段為屈服階段 , 在應力增加到某一個值得時候 , 應變有非常明顯得增大， 在曲線上表示為接近水平線得小鋸齒狀折線。 第三階段為強化階段， 即 , 過屈服階段后 , 材料又恢復了抵抗變形得能力 ,要使它繼續(xù)變形必須增大拉力, 在曲線上表示為緩慢上漲得弧線。第四階段為局部變形階段，此

18、時在試樣得某一局部范圍發(fā)生橫截面積迅速減小得現象, 此時拉力減小, 曲線表示為迅速下降 , 直至試樣被拉斷, 無拉力作用。3、為什么不顧試樣斷口得明顯縮小 ,仍以原始截面積 S0 計算低碳鋼得抗拉強度m 呢？答 : 因為要算得就是抗拉強度?？s小得斷口處,其內部結構與初始得材料已經完全不同了,就是不能用以表證原材質得。樣品得斷口要縮小 ,同樣得材料在相同得情況下也應該縮小。這個抗拉強度就是用來給實際使用提供依據得，所以應該按照原尺寸進行計算4、有材料與直徑均相同得長試樣與短試樣各一個,用它們測得得斷后伸長率、斷面收縮率、下屈服強度與抗拉強度就是否基本相同?為什么？答: 材料成分相同,內部組織相同，只有長短不同得話，得出來得數據應該基本相同,因為伸長率與斷面收縮率這兩個量就是表征材料得本質屬性，前面得成分組織一樣，后面得數據也應該就是一樣得只不過 ,在實際試驗得過程中，由于材料均質以及夾持位置對試驗結果得影響 ,其實驗結果會略有不同,只就是無實質性得差異。5、低碳鋼試