金屬拉伸實(shí)驗(yàn)

金屬拉伸實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康臏y定低碳鋼拉伸時(shí)的強(qiáng)度性能指標(biāo)：屈服應(yīng)力。s和抗拉強(qiáng)度。b。測定低碳鋼拉伸時(shí)的塑性性能指標(biāo)：伸長率8和斷面收縮率w。測定鑄鐵拉伸時(shí)的強(qiáng)度性能指標(biāo)：抗拉強(qiáng)度°b。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)設(shè)備和儀器萬能材料試驗(yàn)機(jī)、游標(biāo)卡尺、扎規(guī)、沖子、榔頭三、 實(shí)驗(yàn)試件按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB6397—86《金屬拉伸試驗(yàn)試樣》，金屬拉伸試件的形狀隨著產(chǎn)品的品種、規(guī)格以及試驗(yàn)?zāi)康牡牟煌譃閳A形截面試件、矩形截面試件、異形截面試件和不經(jīng)機(jī)加工的全截面形狀試件四種。我們這里選用的是圓形截面試件。圖1圓形截面拉伸試件如圖1所示，圓形截面試樣由平行、過渡和夾持三部分組成。平行部分的試驗(yàn)段長囤稱為試樣的標(biāo)距，一般所說的試件拉伸變形，都是指這一段的變形。按試樣的標(biāo)距’與橫截面面積A之間的關(guān)系，分為比例試樣和定標(biāo)距試樣。圓形截面比例試樣通常取l=10d或l=5d。定標(biāo)距試樣的l與A之間無上述比例關(guān)系。過渡部分以圓弧與平行部分光滑地連接，以保證試樣斷裂時(shí)的斷口在平行部分。夾持部分稍大，其形狀和尺寸根據(jù)試樣大小、材料特性、試驗(yàn)?zāi)康囊约叭f能試驗(yàn)機(jī)的夾具結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。表1圓形截面試件的國標(biāo)規(guī)定試件名稱圓形試件直徑d（mm）截面面積A（mm2）標(biāo)距長度（mm）延伸率符號標(biāo)準(zhǔn)長2031410d=200610

試件短203145d=100&5比例試件長任意1,—nd2410d=11.3JA0&10短任意1.—nd245d=5.65JA* 0&5為了使實(shí)驗(yàn)測得的結(jié)果可以相互比較，必須按照國家標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)（GB/T228-1987）的規(guī)定，做成標(biāo)準(zhǔn)試件或比例試件。表1給出了圓形截面試件的國標(biāo)規(guī)定。對于一般鋼材按國標(biāo)制成矩形截面時(shí)，截面面積和標(biāo)距的關(guān)系仍為 l=1L3j^或l=5.65耳。本次實(shí)驗(yàn)采用常用的圓棒比例試件（d=10mm,l=100mm）。四、實(shí)驗(yàn)原理與方法測定低碳鋼拉伸時(shí)的強(qiáng)度和塑性性能指標(biāo)低碳鋼材料的強(qiáng)度指標(biāo)bs、氣和塑性性能指標(biāo)5、v是由拉伸破壞實(shí)驗(yàn)來確定的。（1）強(qiáng)度性能指標(biāo)屈服極限b——試樣在拉伸過程中載荷不增加而試樣仍能繼續(xù)產(chǎn)生變形時(shí)的載荷（即s屈服載荷）F除以原始橫截面面積A0所得的應(yīng)力值，即sb=烏(1-1)sA(1-1)o強(qiáng)度極限氣一一試樣在拉斷前所承受的最大載荷Fb除以原始橫截面面積A0所得的應(yīng)力值，即(1-2)F—bA0(1-2)低碳鋼是具有明顯屈服現(xiàn)象的塑性材料，在均勻緩慢的加載過程中，當(dāng)萬能試驗(yàn)機(jī)測力盤上的主動(dòng)指針發(fā)生回轉(zhuǎn)時(shí)所指示的最小載荷（下屈服載荷）即為屈服載荷。試樣超過屈服載荷后，再繼續(xù)緩慢加載直至試樣被拉斷，萬能試驗(yàn)機(jī)的從動(dòng)指針?biāo)甘镜淖畲筝d荷即為極限載荷。當(dāng)載荷達(dá)到最大載荷后，主動(dòng)指針將緩慢退回，此時(shí)可以看到，在試樣的某一部位局部變形加快，出現(xiàn)頸縮現(xiàn)象，隨后試樣很快被拉斷。試驗(yàn)時(shí)，利用試驗(yàn)機(jī)的自動(dòng)繪圖裝置可以繪制出低碳鋼的拉伸圖，如圖2所示。試件開始受力時(shí)，由于頭部在夾頭內(nèi)得滑動(dòng)較大，故繪出的拉伸圖最初一段是曲線。分

桿時(shí)應(yīng)將直線段延長與橫坐標(biāo)相交于0點(diǎn)，作為坐標(biāo)原點(diǎn)°OA段為彈性階段載荷與變形成正比，B，C段為屈服階段，CD段為強(qiáng)化階段，DE段為頸縮階段，至E點(diǎn)試件被拉斷。屈服階段(B'—C)常成鋸齒形。上屈服點(diǎn)B，受變形速度和試件形式等得影響較大，而下屈服點(diǎn)B則比較穩(wěn)定，故工程上均以B點(diǎn)對應(yīng)的載荷作為材料屈服時(shí)的載荷Fs。確定七時(shí)，必須注意觀察指針轉(zhuǎn)動(dòng)情況。當(dāng)測力指針由開始加載時(shí)的勻速轉(zhuǎn)動(dòng)變?yōu)椴粍?dòng)或擺動(dòng)、倒退時(shí)，說明材料發(fā)生流動(dòng)。一般規(guī)定測力主針第一次回轉(zhuǎn)后所指示的最小載荷即為屈服載荷Fs。試件拉伸達(dá)到最大載荷Fb前，在標(biāo)距范圍內(nèi)的變形是均勻的。從最大載荷開始產(chǎn)生局部伸長和頸縮。頸縮出現(xiàn)后，截面面積迅速縮小，繼續(xù)拉伸所需的載荷也變小了，直至E點(diǎn)斷裂為止。當(dāng)達(dá)到最大載荷Fb時(shí)，測力主針開始后退而副指針則停留在載荷最大值的刻度上，此值為最大載荷Fb。鑄鐵的拉伸圖如圖3所示。由于試件受力后變形很小，就突然發(fā)生斷裂，故在拉伸時(shí)，一般只能測定其強(qiáng)度極限。，，試件沿橫截面斷裂。b。=—^ (1—3)bA0圖2低碳鋼拉伸圖圖0圖2低碳鋼拉伸圖圖3鑄鐵拉伸圖塑性性能指標(biāo)伸長率5——拉斷后的試樣標(biāo)距部分所增加的長度與原始標(biāo)距長度的百分比，即5=x100% (1—3)l0式中10一試件原始標(biāo)距，為50mm，11—試件拉斷后標(biāo)距長度。試樣的塑性變形集中產(chǎn)生在頸縮處，并向兩邊逐漸減小。因此，斷口的位置不同，標(biāo)距1部分的塑性伸長也不同。若斷口在試樣的中部，發(fā)生嚴(yán)重塑性變形的頸縮段全部在標(biāo)距長

度內(nèi)，標(biāo)距長度就有較大的塑性伸長量；若斷口距標(biāo)距端很近，則發(fā)生嚴(yán)重塑性變形的頸縮段只有一部分在標(biāo)距長度內(nèi)，另一部分在標(biāo)距長度外，在這種情況下，標(biāo)距長度的塑性伸長量就小。因此，斷口的位置對所測得的伸長率有影響。為了避免這種影響，國家標(biāo)準(zhǔn)GB228-87對l的測定作了如下規(guī)定。試驗(yàn)前，將試樣的1標(biāo)距分成十等分。若斷口到鄰近標(biāo)距端的距離大于1/3,則可直接測量標(biāo)距兩端點(diǎn)之間的距離作為l。若斷口到鄰近標(biāo)距端的距離小于或等于l/3，則應(yīng)采用移位法（亦稱為補(bǔ)償法或1斷口移中法）測定：在長段上從斷口0點(diǎn)起，取長度基本上等于短段格數(shù)的一段，得到B點(diǎn)，再由B點(diǎn)起，取等于長段剩余格數(shù)（偶數(shù)）的一半得到C點(diǎn)（見圖4（a））；或取剩余格數(shù)（奇數(shù)）減1與加1的一半分別得到C點(diǎn)與C1點(diǎn)（見圖4（b））。移位后的11分別為：l]=A0+oB+2~bC或l]=A0+0B+BC+BC。測量時(shí)，兩段在斷口處應(yīng)緊密對接，盡量使兩段的軸線在一條直線上。若在斷口處形成縫隙，則此縫隙應(yīng)計(jì)入〈內(nèi)。如果斷口在標(biāo)距以外，或者雖在標(biāo)距之內(nèi)，但距標(biāo)距端點(diǎn)的距離小于2d，則試驗(yàn)無效。(a)(a)（b）圖4測l]的斷口移中法為了測定低碳鋼的斷面收縮率，試件拉斷后，在斷口處兩端沿互相垂直的方向各測一次直徑，取平均值d[計(jì)算斷口處橫截面面積，再按下式計(jì)算面積收縮率:(1—4)V=A0-A1X100%A(1—4)0式中A0一試件原始橫截面面積A1—試件拉斷后斷口處最小面積。測定灰鑄鐵拉伸時(shí)強(qiáng)度性能指標(biāo)鑄鐵在拉伸過程中，當(dāng)變形很小時(shí)就會(huì)斷裂，萬能試驗(yàn)機(jī)的指針?biāo)甘镜淖畲筝d荷二除以原始橫截面面積A0所得的應(yīng)力值即為抗拉強(qiáng)度°b，即b=^b (1—5)bA0五、實(shí)驗(yàn)步驟試件準(zhǔn)備在試件中取標(biāo)距匕=100mm，在標(biāo)距兩端沖眼做為標(biāo)志。在試件標(biāo)距范圍內(nèi)分別測量試件的兩端及中間三個(gè)位置的直徑。為保證精確度，每一截面取互相垂直的兩個(gè)方向各測量一次，并計(jì)算其平均值，以三截面中最小處的平均值作為計(jì)算直徑d0,再算出試件的初始橫截面面積A0。根據(jù)低碳鋼的°b估計(jì)拉斷試件所需的最大載荷Fmax。試驗(yàn)機(jī)準(zhǔn)備根據(jù)試件極限載荷的大小，選擇合適的測力量程，并配置相應(yīng)的擺錘。浮起工作臺(tái)，調(diào)整測力指針，對準(zhǔn)零點(diǎn)，并使主、副針靠攏。在自動(dòng)繪圖器上安裝繪圖紙與筆。安裝試件開動(dòng)試驗(yàn)機(jī)預(yù)加小量載荷(如加至2KN，只用于低碳鋼拉伸試驗(yàn))，以檢查試驗(yàn)機(jī)工作是否正常，確認(rèn)正常后卸載接近零點(diǎn)。進(jìn)行試驗(yàn)慢速加載，緩慢而均勻地使試件產(chǎn)生變形，注意測力指針的轉(zhuǎn)動(dòng)，自動(dòng)繪圖的情況和相應(yīng)的試驗(yàn)現(xiàn)象。對于低碳鋼繼續(xù)加載，觀察屈服時(shí)的載荷。當(dāng)測力指針倒退時(shí)，說明材料發(fā)生屈服，讀出屈服載荷Ps。過屈服階段后，可用較快的速度加載，注意觀察試件出現(xiàn)頸縮部位，直至將試件拉斷，記下極限載荷Pb，停車，取下試件。對鑄鐵試件，應(yīng)緩慢勻速加載，直至試件被拉斷，記錄最大載荷P。b結(jié)束工作(1)關(guān)閉電機(jī)，取下試件，將斷裂的試件緊對在一起，測量斷口處直徑，在斷口兩個(gè)互相垂直的方向各測一次，取平均值1計(jì)算A1。用扎規(guī)測量拉斷后的標(biāo)距長度1］。斷口如一,…1―「一—， …、，，一，一果不在試件中部3區(qū)段內(nèi)，按國家標(biāo)準(zhǔn)采用斷口移中方法，計(jì)算1］的長度。(2)取下拉伸圖，清理復(fù)原試驗(yàn)機(jī)、工具和現(xiàn)場。一、 預(yù)習(xí)思考題拉伸實(shí)驗(yàn)的目的是什么？拉伸實(shí)