拉伸實驗

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______________________________________________________________________________________________________________試驗一拉伸實驗拉伸試驗是測定材料在靜載荷作用下力學性能的一個最基本最重要的試驗。通過拉伸試驗所得的力學性能指標，在整個材料力學的強度計算中幾乎都要用到。更重要的是，工程設計中所選用的材料力學性能指標大都是以拉伸試驗為主要依據(jù)的。本次試驗將選用低碳鋼作為塑性材料的代表，做拉伸試驗。一、實驗目的1）測定低碳鋼的屈服強度，抗拉強度。斷后伸長率δ和斷面收縮率ψ2）觀察低碳鋼在拉伸過程中所出現(xiàn)的各種變形現(xiàn)象（包括屈服、強化和縮頸等），分析力與變形之間的關系，并繪制拉伸圖。3）分析低碳鋼力學性能的特點和試件斷口情況，分析其破壞原因。4）學習、掌握萬能試驗機的使用方法及其工作原理。二、實驗設備（1）試件：材料的力學性能是通過拉伸試驗來確定的，因此，必須把所測試的材料加工成能被拉伸的試件。試驗表明，試件的尺寸和形狀對試驗結果有影響。為了避免這種影響和便于使各種材料力學性能的測試結果進行比較，國家標準對試件的尺寸和形狀作了統(tǒng)一的規(guī)定，拉力試件分為比例的和非比例的兩種。比例試件應符合如下的關系：L0＝K·A0（1-1）式中L0――標距，用于測量拉伸變形，單位為ｍｍ；A0――標距部分試件的斷面積；K――系數(shù)，K＝5.56或K＝11.3，前者稱為短試件，后者稱為長試件。據(jù)此，直徑為d0的短、長圓形試件的標距長度L0分別為5d0和10d0；非比例試件的標距與其橫截面間則無上述關系，而是根據(jù)制品（薄板、薄帶、細管、細絲、型材等）的尺寸和材料的性質規(guī)定出平行長度L和標距長度L0。長試件見圖1-1。試件兩端較粗的部分為裝入試驗機夾頭中的夾持部分，起傳遞拉力之用。它的形狀及尺寸可根據(jù)試驗的夾頭形式而定。本實驗采用非比例試件。圖1-1圓形拉伸試件（2）實驗裝置：萬能試驗機或拉力試驗機。試驗機的夾頭有各種形式，一般采用夾板式，如圖1-2。圖形截面試件所用的夾板如圖1-3所示。楔形夾板表面制成凸紋，因而承受拉力作用后的試件會越來越緊。有的試驗機采用螺紋夾頭，則試件夾持部分相應也為螺紋。試驗時，利用試驗機的自動繪圖器可繪出低碳鋼的拉伸圖。精品資料

1______________________________________________________________________________________________________________圖1-2夾板式夾頭圖1-3用于圓形截面試件的夾板（3）游標卡尺。三、實驗原理（1）低碳鋼拉伸的實驗原理：低碳鋼的拉伸圖全面而具體的反映了整個變形過程。觀察自動繪圖機繪出的拉伸圖，如圖1-4。在試驗之初，繪出的拉伸圖是一段曲線，如圖中圖1-4低碳鋼拉伸圖虛線所示，這是因為試件開始變形之前機器的機件之間和試件與夾具之間留有空隙，所以當試驗剛剛開始時，在拉伸圖上首先產生虛線所示的線段，繼而逐步夾緊，最后只留下試件的變形。為了消除在拉伸圖起點處發(fā)生的曲線段。須將圖形的直線段延長至橫坐標所得相交點O，即為拉伸圖之原點。隨著載荷的增加，圖形沿傾斜的直線上升，到達A點及B點。過B點后，低碳鋼進入屈服階段（鋸齒形的BC段），B點為上屈服點，即屈服階段中力首次下降前的最大載荷，用Psu來表示。對有明顯屈服現(xiàn)象的金屬材料，一般只需測試下屈服點，即應測定屈服階段中不計初始瞬時效應時的最小載荷，用Psl來表示。下屈服點的測定，并不是一件容易的事。因為在屈服階段中，當指針無規(guī)則上、下波動時，要準確捕捉屈服載荷的讀數(shù)確實有一定的難度。對試件連續(xù)加載直至拉斷，由測力度盤或拉伸圖上讀出最大載荷Pb。將試件拉斷后的兩段在拉斷處緊密對接起來，盡量使其軸線位于一條直線上。如拉斷處形成縫隙，則此縫隙應計入該試件拉斷后的標距內。由此可量得試件標距部分拉斷后的長度L1。四、實驗步驟1）試件準備與尺寸測量，用劃線機劃上試件的標距，并將其分成10精品資料

2______________________________________________________________________________________________________________格，以便觀察標距范圍內沿軸向的變形情況。用游標卡尺測量試件標距部分的直徑。在標距范圍的中間及兩端處，每處兩個互相垂直的方向上各測量一次，取其平均值為該處直徑。用所測得的三個平均值中的最小的值計算試件的橫截面面積A0。計算A0時取三位有效數(shù)字。2）調整測力指針指零。①選擇測力度盤。根據(jù)低碳鋼的強度極限σb和橫截面面積A0估算試件最大載荷。根據(jù)最大載荷，選擇合適的測力度盤，配置好擺桿重錘，將緩沖器放在合適的位置。②開機進油，使活動平臺上升10mm左右。③擺錘對中，使重擺垂直。④調整測力指針對準零點，使測力指針與隨動指針重合。3）裝夾試件，先把試件夾持在試驗機上夾頭內，再將下夾頭移動到試件所需的夾持位置，并把試件下端夾緊。4）準備好自動繪圖器，使筆與記錄紙剛好接觸。5）進行實驗①開始試驗機，緩慢勻速加載。②根據(jù)所提供的屈服類型確定Psu、Psl或Ps。③冷拉試驗。在強化階段任一處（例如圖1-6中的a點）將載荷卸至初載，再重新加載，從自動繪圖器上曲線的變化規(guī)律（圖1-6）可以看到，冷拉過的材料曲線上的轉折點a高于未冷拉過的材料曲線的轉折點B，說明材料經過冷拉以后彈性極限提高了。圖1-6冷作硬化現(xiàn)象④觀察頸縮現(xiàn)象。當測力指針再次出現(xiàn)停滯不前、倒退現(xiàn)象時，可以觀察到試件產生局部變形的頸縮現(xiàn)象。隨之，測力指針迅速倒退，試件很快斷裂。⑤確定Pb。試件斷裂后，關閉機器電門；記錄隨動指針所指的刻度值，此即為強度極限載荷Pb。⑥取下試件，將拉斷的試件在斷口處盡量對攏，量測拉斷后的標距長度L1和斷口直徑d1。5.注意事項1）開機前和停機后，送油閥一定要置于關閉位置。加載、卸載和回油均須緩慢進行。2）拉伸試件夾住后，不得再調整下夾頭的位置。3）機器開動時，操縱者不得擅自離開。實驗過程中不得觸動擺錘。4）使用時，聽見異聲或發(fā)生任何故障應立即停止。5）調整測力指針指零時，一定要開機進油，使活動平臺上升少許。6）試件裝夾必須正確，防止偏斜和夾入部分過短的現(xiàn)象。讀測力度盤顯示值時，測力指針所指的刻度值必須與所掛擺錘相對應。6.實驗結果處理（1）強度指標：精品資料

3______________________________________________________________________________________________________________下屈服極限：（1-3）強度極限：（1-4）（2）塑性指標：　　　　　　伸長率：（1-5）　　　　　　斷面收縮率：（1-6）第一節(jié)金屬拉伸試驗????一、實驗目的????1.觀察低碳鋼和鑄鐵在拉伸過程中的各種現(xiàn)象（包括屈服，強化和頸縮等現(xiàn)象），特別是外力和變形間的關系，并繪制拉伸圖。????2.測定低碳鋼的屈服極限，強度極限，延伸率和截面收縮率。????3.測定鑄鐵的強度極限。????4.觀察斷口，比較低碳鋼和鑄鐵兩種材料的拉伸性能和破壞特點。????二、實驗設備和儀器????1.萬能材料實驗機????2.游標卡尺????三、實驗原理????為了便于比較實驗結果，按國家標準GB228—76中的有關規(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???l0=10d0??????(長試件)精品資料

4______________________________________________________________________________________________________________??????????????????l0?=5d0??????(短試件)????矩形截面試件?l0=11.3??(長試件)?????????????????l0=5.65??(短試件)????式中:l0--試件的初始計算長度(即試件的標距);???--試件的初始截面面積;???d0--試件在標距內的初始直徑????實驗室里使用的金屬拉伸試件通常制成標準圓形截面試件,如圖3—1所示?????金屬拉伸實驗是測定金屬材料力學性能的一個最基本的實驗，是了解材料力學性能最全面，最方便的實驗。本試驗主要是測定低碳鋼和鑄鐵在軸向靜載拉伸過程中的力學性能。在試驗過程中，利用實驗機的自動繪圖裝置可繪出低碳鋼的拉伸圖（如圖3—2，a所示）和鑄鐵的拉伸圖（如圖3—2，b所示）。由于試件在開始受力時，其兩端的夾緊部分在試驗機的夾頭內有一定的滑動，故繪出的拉伸圖最初一段是曲線。??圖3-2試件拉伸圖????對于低碳鋼，在確定屈服載荷時，必須注意觀察試件屈服時測力度盤上主動針的轉動情況，國際規(guī)定主動針停止轉動時的恒定載荷或第一次回轉的最小載荷值為屈服載荷精品資料

5______________________________________________________________________________________________________________，故材料的屈服極限為?????試件拉伸達到最大載荷之前，在標距范圍內的變形是均勻的。從最大載荷開始，試件產生頸縮，截面迅速變細，載荷也隨之減小。因此，測測力度盤上主動針開始回轉，而從動針則停留在最大載荷的刻度上，給我們指示出最大載荷，則材料的強度極限為????試件斷列后，將試件的斷口對齊，測量出斷裂后的標距l(xiāng)1和斷口處的直徑d1，則材料的延伸率和截面收縮率分別為:????式中，l0,A0分別為試驗前的標距和橫截面面積；l1,A1分別為試驗后的標距和斷口處的橫截面面積。????如果斷口不在試件距中部的三分之一區(qū)段內，則應按國家標準規(guī)定采用斷口移中法來計算試件拉斷后的標距l(xiāng)1。其具體方法是：試驗前先在試件的標距內，用刻線器刻劃等間距的標點或圓周11個，即將標距長度分為10等份。試驗后將拉斷的試件斷口對齊，如圖3—3所示，以斷口O為起點，在長段上取基本等于短段的格數(shù)得B點．當長段所余格數(shù)為偶數(shù)時，如圖３―３（a）所示，則取所余格數(shù)的一半得C點，于是l1＝AB+2BC????若長段所余格數(shù)為奇數(shù)時，如圖３－３（b）所示，可在長段上取所余格數(shù)減１之半得C點，再取所余格數(shù)加１之半得C1點，于是l1＝AB＋BC＋BC1???當斷口非常接近試件兩端部，而與其端部的距離等于或小于直徑的兩倍時，需重作試驗．????四、試驗方法和步驟精品資料

6______________________________________________________________________________________________________________????1.試件準備????先用游標卡尺測量試件中間等直桿兩端及中間這三個橫截面處的直徑：在每一橫截面內沿互相垂直方向各測量一次并取平均值。用所測得的三個平均值中最小的值作為試件的初始直徑d0，并按d0計算試件的初始橫截面面積A0。????再根據(jù)試件的初始直徑d0計算試件的標距l(xiāng)0，并用游標卡尺在試件中部等直桿段內量取試件標距l(xiāng)0，用刻線器將標距長度分為十等份。????2.試驗機準備????熟悉萬能試驗機的操作規(guī)程，估計拉伸試驗所需的最大載荷，并根據(jù)值選定試驗機的測力度盤（值在測力度盤40%~80%范圍內較宜）。調整測力指針對準零點，并使從動針與之靠攏，同時調整好自動繪圖裝置。????3.試件安裝????先將試件安裝在試驗機的夾頭內，再移動下夾頭到適當位置，并把試件下端夾緊。????4.檢查及試機????請教師檢查以上準備情況。經教師許可后開動試驗機，加少量載荷（勿使應力超過比例極限），檢查試驗機和繪圖裝置工作是否正常，然后卸載。????5.進行試驗????開動試驗機以慢速均勻加載，注意觀察測力指針的轉動、自動繪圖情況及試件在拉伸過程中的各種現(xiàn)象。????當測力指針不動或倒退時，說明材料開始屈服，測力指針停止轉動時的恒定值或第一次回轉的最小值即屈服載荷。當測力指針和從動指針再次分離時，試件開始頸縮，直至最后被拉斷。測力指針回到零點，而從動指針則指示出最大載荷?。????關閉試驗機，取下試件。將斷裂的試件對齊并盡量靠緊，用游標卡尺測量斷裂后標距段的長度l1及斷口處直徑d1。????6.結束試驗????從試驗機上取下已繪好的拉伸曲線圖紙，并請教師檢查試驗記錄。????清理試驗現(xiàn)場，將試驗機及有關工具復原。????7.注意事項???（1）參看液壓式萬能材料試驗機的注意事項。???（2）試件安裝必須正確，防止試件偏斜`夾入部分過短等現(xiàn)象。???（3）試驗時聽見異常聲音或發(fā)生任何故障，應立即停車，并馬上報告試驗指導教師。????五、試驗結果處理????整理試驗數(shù)據(jù)，按要求填寫試驗報告并寫出結論。????鑄鐵拉伸試驗步驟與低碳鋼拉伸試驗步驟相同，只記錄最大載荷并繪出拉伸曲線。精品資料

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