拉伸实验是测定材料力学性能实验之一

实验一 拉伸实验
拉伸实验是测定材料力学性能的*基本*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*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*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*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*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ZY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ZY，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*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*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*大载荷 ，观察自动绘图装置上的曲线，如图1-3所示。将*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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