實(shí)驗(yàn)一 金屬材料的拉伸實(shí)驗(yàn)

1、實(shí)驗(yàn)一 金屬材料的拉伸實(shí)驗(yàn) 拉伸是材料力學(xué)最基本的實(shí)驗(yàn)，通過拉伸可以測(cè)定出材料一些基本的力學(xué)性能參數(shù)，如彈性模量、強(qiáng)度、塑性等。 一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.測(cè)定低碳鋼拉伸時(shí)的強(qiáng)度性能指標(biāo)：屈服應(yīng)力和抗拉強(qiáng)度。2.測(cè)定低碳鋼拉伸時(shí)的塑性性能指標(biāo)：伸長率和斷面收縮率。3.測(cè)定灰鑄鐵拉伸時(shí)的強(qiáng)度性能指標(biāo)：抗拉強(qiáng)度。4.繪制低碳鋼和灰鑄鐵的拉伸圖，比較低碳鋼與灰鑄鐵在拉伸時(shí)的力學(xué)性能和破壞形式。二實(shí)驗(yàn)儀器、設(shè)備1.電子萬能試驗(yàn)機(jī)(或液壓萬能材料試驗(yàn)機(jī))。2.鋼尺。3.數(shù)顯卡尺。三、實(shí)驗(yàn)試樣按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB639786金屬拉伸試驗(yàn)試樣，金屬拉伸試樣的形狀隨著產(chǎn)品的品種、規(guī)格以及試驗(yàn)?zāi)康牡牟煌?/p>

2、為圓形截面試樣、矩形截面試樣、異形截面試樣和不經(jīng)機(jī)加工的全截面形狀試樣四種。其中最常用的是圓形截面試樣和矩形截面試樣。對(duì)試樣的形狀、尺寸和加工的技術(shù)要求參見國家標(biāo)準(zhǔn)GB639786。 夾持 過渡 夾持 過渡 h b l0 d   l0l0 (a) (b) 圖1-1 試件的截面形式試樣分為夾持部分、過渡部分和待測(cè)部分（l）。標(biāo)距（0）是待測(cè)部分的主體，其截面積為A0。按標(biāo)距（0）與其截面積（A0）之間的關(guān)系，拉伸試樣可分為比例試樣和非比例試樣。按國家標(biāo)準(zhǔn)GB6397-86的規(guī)定，比例試樣的有關(guān)尺寸如下表1-1。 表1-1試樣標(biāo)距l(xiāng)0，(mm)截面積A0，（mm2）圓形試樣直徑

3、d (mm)延伸率比例長11.3或10 d任意任意短5.65或5 d四實(shí)驗(yàn)原理（一）塑性材料彈性模量的測(cè)試：在彈性范圍內(nèi)大多數(shù)材料服從虎克定律，即變形與受力成正比?？v向應(yīng)力與縱向應(yīng)變的比例常數(shù)就是材料的彈性模量E，也叫楊氏模量。因此金屬材料拉伸時(shí)彈性模量E地測(cè)定是材料力學(xué)最主要最基本的一個(gè)實(shí)驗(yàn)。測(cè)定材料彈性模量E一般采用比例極限內(nèi)的拉伸試驗(yàn)，材料在比例極限內(nèi)服從虎克定律，其荷載與變形關(guān)系為： 若已知載荷F及試件尺寸，只要測(cè)得試件伸長L或縱向應(yīng)變即可得出彈性模量E。  本實(shí)驗(yàn)采用引伸計(jì)在試樣予拉后，彈性階段初夾持在試樣的中部，過彈性階段或屈服階段，彈性模量E測(cè)畢取下，其中塑性材料的拉伸

4、實(shí)驗(yàn)不間斷。 （二）塑性材料的拉伸（低碳鋼）： 圖1-2所示是典型的低碳鋼拉伸圖。 當(dāng)試樣開始受力時(shí)，因夾持力較小，其夾持部分在夾頭內(nèi)有滑動(dòng)，故圖中開始階段的曲線斜率較小，它并不反映真實(shí)的載荷變形關(guān)系；載荷加大后，滑動(dòng)消失，材料的拉伸進(jìn)入彈性階段。 應(yīng)力 E D  B BC F  b s 伸長率 1-2b 典型的低碳鋼拉伸圖低碳鋼的屈服階段通常為較為水平的鋸齒狀（圖中的B-C段），與最高載荷B對(duì)應(yīng)的應(yīng)力稱上屈服極限，由于它受變形速度等因素的影響較大，一般不作為材料的強(qiáng)度指標(biāo)；同樣，屈服后第一次下降的最低點(diǎn)也不作為材料的強(qiáng)度指標(biāo)。除此之外的其它最低點(diǎn)中的最小值（B點(diǎn)）作為屈服

5、強(qiáng)度s： s =當(dāng)屈服階段結(jié)束后（C點(diǎn)），繼續(xù)加載，載荷變形曲線開始上升，材料進(jìn)入強(qiáng)化階段。若在這一階段的某一點(diǎn)（如D點(diǎn)）卸載至零，則可以得到一條與比例階段曲線基本平行的卸載曲線。此時(shí)立即再加載，則加載曲線沿原卸載曲線上升到D點(diǎn)，以后的曲線基本與未經(jīng)卸載的曲線重合?？梢娊?jīng)過加載、卸載這一過程后，材料的比例極限和屈服極限提高了，而延伸率降低了，這就是冷作硬化。隨著載荷的繼續(xù)加大，拉伸曲線上升的幅度逐漸減小，當(dāng)達(dá)到最大值（E點(diǎn)）m 后，試樣的某一局部開始出現(xiàn)頸縮，而且發(fā)展很快，載荷也隨之下降，迅速到達(dá)F點(diǎn)后，試樣斷裂。材料的強(qiáng)度極限b為： b= 當(dāng)載荷超過彈性極限時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生塑性變形。金

6、屬的塑性變形主要是材料晶面產(chǎn)生了滑移，是剪應(yīng)力引起的。描述材料塑性的指標(biāo)主要有材料斷裂后的延伸率和截面收縮率來表示。 伸長率 截面收縮率 式中0、1和A0、A1分別是斷裂前后的試樣標(biāo)距的長度和截面積。1可用下述方法測(cè)定：直接法：如斷口到最近的標(biāo)距端點(diǎn)的距離大于0/3，則直接測(cè)量兩標(biāo)距端點(diǎn)間的長度為1； 移位法：如斷口到最近的標(biāo)距端點(diǎn)的距離小于0/3，如圖1-3所示：在較長段上，從斷口處O起取基本短段的格數(shù)，得到B點(diǎn)，所余格數(shù)若為偶數(shù)，則取其一半，得到C點(diǎn)；若為奇數(shù)，則分別取其加1和減1的一半，得到C、C1點(diǎn)，那么移位后的1分別為：1=AO+OB+2BC， 1=AO+OB+BC+BC1 

7、;  A O B C D     (a)  A O B C C1 D   (b)五實(shí)驗(yàn)步驟（一）塑性材料的拉伸（圓形截面低碳鋼）1、確定標(biāo)距根據(jù)表1-1的規(guī)定，選擇適當(dāng)?shù)臉?biāo)距（這里以10d作為標(biāo)距0），并測(cè)量0的實(shí)際值。為了便于測(cè)量1，將標(biāo)距均分為若干格，如10格。 2 、試樣的測(cè)量用游標(biāo)卡尺在試樣標(biāo)距的兩端和中央的三個(gè)截面上測(cè)量直徑，每個(gè)截面在互相垂直的兩個(gè)方向各測(cè)一次，取其平均值，并用三個(gè)平均值中最小者作為計(jì)算截面積的直徑d，并計(jì)算出A0值。 3 、儀器設(shè)備的準(zhǔn)備根據(jù)材料的強(qiáng)度極限m和截面積A0估算最大載荷值Pmax，根據(jù)Pmax

8、選擇試驗(yàn)機(jī)測(cè)試量程，建立試驗(yàn)編號(hào)，設(shè)置參數(shù)，調(diào)零。4、安裝試件 試件先安裝在試驗(yàn)機(jī)的上夾頭內(nèi)，再使用手控盒移動(dòng)下夾頭，使其達(dá)到適當(dāng)?shù)奈恢?，并把試件下端夾緊。5、按試驗(yàn)開始按鈕加載，試驗(yàn)斷裂試驗(yàn)結(jié)束，卸載。6、測(cè)試樣斷后尺寸  （二）脆性材料的拉伸（圓形截面鑄鐵）鑄鐵等脆性材料拉伸時(shí)的載荷變形曲線不象低碳鋼拉伸那樣明顯地分為彈性、屈服、頸縮和斷裂四個(gè)階段，而是一根接近直線的曲線，且載荷沒有下降段。它是在非常小的變形下突然斷裂的，斷裂后幾乎不到殘余變形。因此，測(cè)試它的、就沒有實(shí)際意義，只要測(cè)定它的強(qiáng)度極限b就可以了。實(shí)驗(yàn)前測(cè)定鑄鐵試件的橫截面積A0，然后在試驗(yàn)機(jī)上緩慢加載，直到試件斷裂，記錄其最大載荷Pb ，求出其強(qiáng)度極限b。（三）拉伸試驗(yàn)結(jié)果的計(jì)算精確度1強(qiáng)度性能指標(biāo)（屈服應(yīng)力和抗拉強(qiáng)度）的計(jì)算精度要求為，即：凡的數(shù)值舍去，而的數(shù)值化為，的數(shù)值者則進(jìn)為。2塑性性能指標(biāo)（伸長率和斷面收縮率）的計(jì)算精度要求為，即：凡的數(shù)值舍去，而的數(shù)值化為，的數(shù)值則進(jìn)為。 五. 討論與思考1. 當(dāng)斷口到最近