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拉伸实验是测定材料力学性能实验之一

2008-05-13

实验一 拉伸实验
拉伸实验是测定材料力学性能的zui基本zui重要的实验之一。由本实验所测得的结果,可以说明材料在静拉伸下的一些性能,诸如材料对载荷的抵抗能力的变化规律、材料的弹性、塑性、强度等重要机械性能,这些性能是工程上合理地选用材料和进行强度计算的重要依据。
一、实验目的要求
1        测定低碳钢的流动极限 、强度极限 、延伸率 、截面收缩率 和铸铁的强度极限 。
2        观察低碳钢和铸铁在拉伸过程中表现的现象,绘出外力和变形间的关系曲线( 曲线)。
3        比较低碳钢和铸铁两种材料的拉伸性能和断口情况。
二、实验设备和仪器
材料试验机、游标卡尺、两脚标规等
三、拉伸试件
金属材料拉伸实验常用的试件形状如图所示。图中工作段长度 称为标距,试件的拉伸变形量一般由这一段的变形来测定,两端较粗部分是为了便于装入试验机的夹头内。

为了使实验测得的结果可以互相比较,试件必须按国家标准做成标准试件,即 或 。
对于一般板的材料拉伸实验,也应按国家标准做成矩形截面试件。其截面面积和试件标距关系为 或 , 为标距段内的截面积。
四、实验方法与步骤
1、低碳钢的拉伸实验:
1        试件的准备:在试件中段取标距 或 在标距两端用脚标规打上冲眼作为标志,用游标卡尺在试件标距范围内测量中间和两端三处直径 (在每处的两个互相垂直的方向各测一次取其平均值)取zui小值作为计算试件横截面面积用。
2        试验机的准备;首先了解材料试验机的基本构造原理和操作方法,学习试验机的操作规程。根据低碳钢的强度极限 及试件的横截面积,初步估计拉伸试件所需zui大载荷,选择合适的测力度盘,并配置相应的摆锤,开动机器,将测力指针调到“零点",然后调整试验机下夹头位置,将试件夹装在夹头内。
3        进行实验:试件夹紧后,给试件缓慢均匀加载,用试验机上自动绘图装置,绘出外力 和变形 的关系曲线( 曲线)如图所示。从图中可以看出,当载荷增加到 点时,拉伸图上 段是直线,表明此阶段内载荷与试件的变形成比例关系,即符合虎克定律的弹性变形范围。当载荷增加到 点时,测力计指针停留不动或突然下降到 点,然后在小的范围内摆动,这时变形增加很快,载荷增加很慢;这说明材料产生了流动(或者叫屈服)与 点相应的应力叫上流动极限,与 相应的应力叫下流动极限,因下流动极限比较稳定,所以材料的流动极限一般规定按下流动极限取值。以 点相对应的载荷值 除以试件的原始截面积 即得到低碳钢的流动极限 , 流动阶段后,试件要承受更大的外力,才能继续发生变形若要使塑性变形加大,必须增加载荷,如图形中 点至 点这一段为强化阶段。当载荷达到zui大值 ( 点)时,试件的塑性变形集中在某一截面处的小段内,此段发生截面收缩,即出现“颈缩"现象。此时记下zui大载荷值 ,用 除以试件的原始截面积 ,就得到低碳钢的强度极限 。在试件发生“颈缩"后,由于截面积的减小,载荷迅速下降,到 点试件断裂。
关闭机器,取下拉断的试件,将断裂的试件紧对到一起,用游标卡尺测量出断裂后试件标距间的长度 ,按下式可计算出低碳钢的延伸率

将断裂的试件的断口紧对在一起,用游标卡尺量出断口(细颈)处的直径 ,计算出面积 ;按下式可计算出低碳钢的截面收缩率 ,


图1-2                                                图1-3
从破坏后的低碳钢试件上可以看到,各处的残余伸长不是均匀分布的。离断口愈近变形愈大,离断口愈远则变形愈小,因此测得 的数值与断口的部位有关。为了统一 值的计算,规定以断口在标距长度中央的 区段内为准,来测量 的值,若断口不在 区段内时,需要采用断口移中的方法进行换算,其方法如下:
设两标点 到 之间共刻有 格,如图1-4所示,拉伸前各格之间距离相等,在断裂试件较长的右段上从邻近断口的一个刻线 起,向右取 格,标记为 ,这就相当于把断口摆在标距中央,再看 点至 点有多少格,就由 点向左取相同的格数,标以记号 ,令 表示 到 的长度,则 的长度中包含的格数等于标距长度内的格数 ,故 。
当断口非常接近试件两端,而与其头部之距离等于或小于直径的两倍时,一般认为实验结果无效,需要重作实验。

2、铸铁的拉伸实验:
1        试件的准备:用游标卡尺在试件标距范围内测量中间和两端三处直径 取zui小值计算试件截面面积,根据铸铁的强度极限 ,估计拉伸试件的zui大载荷。
2        试验机的准备;与低碳钢拉伸实验相同
3        进行实验:开动机器,缓慢均匀加载直到断裂为止。记录zui大载荷 ,观察自动绘图装置上的曲线,如图1-3所示。将zui大载荷值 除以试件的原始截面积 ,就得到铸铁的强度极限 。因为铸铁为脆性材料在变形很小的情况下就会断裂,所以铸铁的延伸率和截面收缩率很小,很难测出。


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