材料力学拉伸实验心得体会
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材料力学拉伸实验心得体会 正文
材料力学拉伸实验心得体会
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篇一：拉伸试验材料力学试验报告 拉 伸 实 验 一．实验目的： 1.学习了解电子万能试验机的结构原理，并进行操作练习。 2.确定低碳钢试样的屈服极限 、强度极限 、伸长率 、面积收缩率 。 3.确定铸铁试样的强度极限。 4.观察不同材料的试样在拉伸过程中表现的各种现象。 二．实验设备及工具： 、游标卡尺、记号笔。 三．试验原理： 塑性材料和脆性材料拉伸时的力学性能。（在实验过程及数据处理时所支撑的理论依据。参考材料力学、工程力学课本的介绍，以及相关的书籍介绍，自己编写。） 四．实验步骤 1.低碳钢实验 （1）量直径、画标记： 用游标卡尺量取试样的直径。在试样上选取3各位置，每个位置互相垂直地测量2次直径，取其平均值；然后从3个位置的平均值中取最小值作为试样的直径。用记号笔在试样中部画一个或长的标距，作为原始标距。 （2）安装试样： 启动电子万能试验机，手动立柱上的“上升”或“下降”键，调整活动横梁位置，使上、下夹头之间的位置能满足试样长度，把试样放在两夹头之间，沿箭头方向旋转手柄，夹紧试样。 （3）调整试验机并对试样施加载荷： 调整负荷（试验力）、峰值、变形、位移、试验时间的零点；根据出加载速度，其中 计算 为试样中部平行段长度，当测定下屈服强度和抗拉强度时 ，并将计算结果归整后输入；按下显示屏中的“开始”键，给试样施加 载荷；在加载过程中，注意观察屈服载荷的变化，记录下屈服载荷的大小，当载荷达到峰值时，注意观察试样发生的颈缩现象；直到试样断裂后按下“停止”键。 （4）试样断裂后，记录下最大载荷和断口处最小直径2.铸铁实验 （1）量直径： 。 。从夹头上取下试样，重新对好，量取断后标距 用游标卡尺量取试样的直径。在试样上选取3各位置，每个位置互相垂直地测量2次直径，取其平均值；然后从3个位置的平均值中取最小值作为试样的直径。 （2）安装试样： 启动电子万能试验机，手动立柱上的“上升”或“下降”键，调整活动横梁位置，使上、下夹头之间的位置能满足试样长度，把试样放在两夹头之间，沿箭头方向旋转手柄，加紧试样。 （3）调整试验机并对试样施加载荷： 调整负荷（试验力）、峰值、变形、位移、试验时间的零点；，根据算出加载速度，其中为试样中部平行段长度，当只测定抗拉强度时 计，并将计算结果归整后输入；按下显示屏中的“开始”键，给试样施加载荷；直到试样断裂后按下“停止”键。 （4）试样断裂后，记录下最大载荷 。 六．数据处理 七．实验结论
八．预习思考题 1.为什么拉伸试样两端较粗，中间较细？中间和两端采用光滑曲线过度，而不是直角连接？ 2.什么是屈服点？在拉伸实验中应该如何读取屈服载荷？如果没有明显的屈服点应该怎样处理？ 3.在低碳钢拉伸实验中，在试样中部平行段上做了一个这是用来干什么的？如果试样中部平行段长度小于 或 长的标距， ，怎么办？如果试样中部平行 段长度大大地长出，又怎么办呢？ 4.如果拉伸试样是屈服失效，请用最大剪应力理论分析一下，试样的可能断口形状。 5.如果拉伸试样是断裂失效，请用最大拉应力理论分析一下，试样的可能断口形状。 6.什么是塑性材料？什么是脆性材料？ 九．分析思考题1．拉伸实验中你是怎样测量试样直径的？为什么采用这种方法？你有其他方法测量直径吗？你的依据是什么？ 2.两种试样的断口形状是什么样的？怎样解释这种结果？ 3.通过拉伸实验你觉得低碳钢的塑性性能如何？你的依据是什么？铸铁呢？ 4.低碳钢的极限载荷是断裂时的载荷吗？在颈缩阶段，试样的应力是增大还是减小？ 5.结合你已经做过的拉伸、压缩实验，请分析低碳钢的载荷-位移曲线有什么共同点和不同点？ 6.对于拉伸实验，你有什么体会？你有什么建议？篇二：材料力学拉伸实验思考题目答案 材料力学拉伸实验思考题目答案 1.参考试验机自动绘图器绘出的拉伸图，分析从试件加力至断裂的过程可分为哪几个阶段？相应于每一阶段的拉伸图的特点和物理意义是什么？ 答：试件从加力至断裂分为四个阶段：（1）弹性阶段;（2）屈服阶段;(3)强化阶段（4)劲缩阶段。每一阶段的特点和物理意义：（1)弹性阶段：这一阶段的变形为弹性变形，它表明应力和应变成正比，即材料服从胡克定律式，在弹性阶段中有一段偏离直线，称为非弹性阶段。（2)屈服阶段：试样将有塑性变形产生，从屈服阶段开始至结束，应力不增加或仅有微小的波动，而变形却有明显的增大，在屈服阶段内，应力的特征点是屈服点，实验表明下屈服点比较稳定，材料的屈服点为下屈服点。（4）强化阶段：过屈服阶段后，试样又恢复了抵抗变形的能力，要使它继续变形必须增加拉力，这种现象称为材料强化，强化阶段中最高点所对应的应力为强度极限，是材料能承受的最高应力。（4）劲缩阶段：强化阶段过后，试样在某一局部范围内横向尺寸突然缩小，形成劲缩现象，由于劲缩部位横截面积迅速缩小，试样承受的拉力明显下降，一直到劲缩阶段的末点试样被拉断。篇三：材料力学拉伸试验
轴向拉伸实验 一、实验目的 1、 测定低碳钢的屈服强度ReL（?s）、抗拉强度Rm（?b）、断后伸长率A11.3（?10）和断面收缩率Z（?）。 2、 测定铸铁的抗拉强度Rm（?b）。 3、 比较低碳钢?5（塑性材料）和铸铁?5（脆性材料）在拉伸时的力学性能和断口特征。 注：括号内为GB/T228-2002《金属材料
室温拉伸试验方法》发布前的旧标准引用符号。 二、设备及试样 1、 电液伺服万能试验机（自行改造）。 2、 0.02mm游标卡尺。 3、 低碳钢圆形横截面比例长试样一根。把原始标距段L0十等分，并刻画出圆周等分线。 4、 铸铁圆形横截面非比例试样一根。 注：GB/T228-2002规定，拉伸试样分比例试样和非比例试样两种。比例试样的原始标距L0与原始横截面积S0的关系满足L0?kS0。比例系数k取5.65时称为短比例试样，k取11.3时称为长比例试样，国际上使用的比例系数k取5.65。非比例试样L0与S0无关。 三、实验原理及方法 低碳钢是指含碳量在0.3％以下的碳素钢。这类钢材在工程中使用较广，在拉伸时表现出的力学性能也最为典型。ΔL（标距段伸长量） 低碳钢拉伸图（F―ΔL曲线） 以轴向力F为纵坐标，标距段伸长量ΔL为横坐标，所绘出的试验曲线图称为拉伸图，即F―ΔL曲线。低碳钢的拉伸图如上图所示，FeL为下屈服强度对应的轴向力，FeH为上屈服强度对应的轴向力，Fm为最大轴向力。 F―ΔL曲线与试样的尺寸有关。为了消除试样尺寸的影响，把轴向力F除以试样横截面的原始面积S0就得到了名义应力，也叫工程应力，用σ表示。同样，试样在标距段的伸长ΔL除以试样的原始标距ＬO得到名义应变，也叫工程应变，用ε表示。σ―ε曲线与F―ΔL曲线形状相似，但消除了儿何尺寸的影响，因此代表了材料本质属性，即材料的本构关系。(工程应变) 低碳钢应力―应变图（σ―ε曲线） 典型低碳钢的拉伸σ―ε曲线，如上图所示，可明显分为四个阶段： （1）弹性阶段oa’：在此阶段试样的变形是弹性的，如果在这一阶段终止拉伸并卸载，试样仍恢复到原先的尺寸，试验曲线将沿着拉伸曲线回到初始点，表明试样没有任何残余变形。习惯上认为材料在弹性范围内服从虎克定律，其应力、应变为正比关系，即??E? 式中比例系数E代表直线的斜率，称为材料的弹性模量，其常用单位为GPa。它是代表材料发生弹性变形的主要性能参数。E的大小反映材料抵抗弹性变形的一种能力，代表了材料的刚度。此外，材料在发生杆的轴向伸长的同时还发生横向收缩。反映横向变形的横向应变ε＇与ε之比的绝对值μ称为材料的泊松比。它是代表材料弹性变形的另一个性能参数。 （2）屈服阶段ab：在超过弹性阶段后出现明显的屈服过程，即曲线沿一水平段上下波动，即应力增加很少，变形快速增加。这表明材料在此载荷作用下，宏观上表现为暂时丧失抵抗继续变形的能力，微观上表现为材料内部结构发生急剧变化。从微观结构解释这一现象，是由于构成金属晶体材料结构晶格间的位错，在外力作用下发生有规律的移动造成的。如果试样表面足够光滑、材料杂质含量少，可以清楚地看出试样表面有450方向的滑移线。 根据GB/T228－2002标准规定，试样发生屈服而力首次下降前的最大应力称为上屈服强度，记为“ReH”；在屈服期间，不计初始瞬时效应时的最低应力称为下屈服强度，记为“ReL”，若试样发生屈服而力首次下降的最小应力是屈服期间的最小应力时，该最小应力称为初始瞬时效应，不作为下屈服强度。 通常把试验测定的下屈服强度ReL作为材料的屈服极限σS，σS是材料开始进入塑性的标志。不同的塑性材料其屈服阶段的曲线类型有所不同，其屈服强度按GB/T228-2002规定确定。结构、零件的外加载荷一旦超过这个应力，就可以认为这一结构或零件会因为过量变形而失效。因此，强度设计中常以屈服极限σS作为确定许可应力的基础。由于材料在这一阶段已经发生过量变形，必然残留不可恢复的变形（塑性变形），因此，从屈服阶段开始，材料的变形就包含弹性和塑性两部分。 （3）强化阶段bc：屈服阶段结束后，σ―ε曲线又出现上升现象，说明材料恢复了对继续变形的抵抗能力，材料若要继续变形必须施加足够的载荷。如果在这一阶段卸载，弹性变形将随之消失，而塑性变形将永远保留。强化阶段的卸载路径与弹性阶段平行。卸载后若重新加载，材料的弹性阶段线将加长、屈服强度明显提高，塑性将降低。这种现象称作应变强化或冷作硬化。冷作硬化是金属材料极为宝贵的性质之一。塑性变形与应变强化二者结合，是工厂强化金属的重要手段。例如：喷丸、挤压，冷拔等工艺，就是利用材料的冷作硬化来提高材料的强度。强化阶段的塑性变形是沿轴向均匀分布的。随塑性变形的增长，试样表面的滑移线亦愈趋明显。σ―ε曲线的应力峰值Rm为材料的强度极限σb。对低碳钢来说σb是材料均匀塑性变形的最大抵抗能力，也是材料进入颈缩阶段的标志。 （4）颈缩阶段cd：应力到达强度极限后，开始在试样最薄弱处出现局部变形，从而导致试样局部截面急剧颈缩，承载面积迅速减少，试样承受的载荷很快下降，直至断裂。断裂时，试样的弹性变形消失，塑性变形则遗留在断裂的试样上。
塑性材料和脆性材料的拉伸曲线存在很大差异。低碳钢和铸铁是工程材料中最具典型意义的两种材料，前者为塑性材料，后者为脆性材料。观察它们在拉伸过程中的变形和破坏特征有助于正确、合理地认识和选用材料。 根据试验机绘制的拉伸F―ΔL曲线确定低碳钢的?s、?b和铸铁的?b。 （1）原始横截面面积（S0）的测定：圆形横截面试样，应分别在标距内两端及中部测 量直径。测量某处的直径时，应在该处测量两个互垂方向的直径，取其算术平均值。原始横截面面积S0取三处测得的最小直径计算，并至少保留4位有效数字。 （2）强度指标（?s、?b）的测定：从低碳钢的F―ΔL曲线读取试样的FeL和Fm值，将其分别除以试样的原始横截面面积S0得低碳钢的屈服强度?s和抗拉强度?b；从铸铁的F―ΔL曲线读取试样的Fm值，将其除以试样的原始横截面面积S0得铸铁抗拉强度?b； 根据拉断后低碳钢试样的断口直径及标距段长度确定A11.3 和Z （1）原始标距L0的标记：低碳钢拉伸试样的标距段原始长度为100mm，分十等分，用划线机划细的圆周线作为标记。 （2）低碳钢断面收缩率Z的测定：断裂后试样横截面的最大缩减量S0－Su与原始横截面面积S0之比的百分率为断面收缩率。 测量时将试样断裂部分仔细地配接在一起，使其轴线处于同一直线上。测量圆形横截面缩颈处的最小直径计算缩颈后的试样最小横截面面积Su。 （3）低碳钢断后伸长率A11.3的测定：断后标距的残余伸长Lu－L0与原始标距L0之比的百分率为断后伸长率。对于比例试样，若原始标距不为5.S0，则符号A应附下标注明所使用的比例系数，例如A11.3表示原始标距L0为11.3S0的试样断后伸长率。 测量时将试样断裂部分仔细地配接在一起，应使试样二段的轴线处于同一直线上，并且断裂部分适当接触。当断裂处与最接近的标距标记的距离不小于原始标距的三分之一时，标距段长度Lu按要求配接后直接测量，否则应按下述移位方法测量Lu。 试验前将原始标距L0细分为N等分，把每一等分的细圆周线称为标距等分标记 试验后，以符号X表示断裂后试样短的一段距离试样夹持部最近的标距等分标记，以符号Y表示断裂试样长的一段的标距等分标记，要求Y与断裂处的距离最接近X与断裂处的距离，X与Y之间的标距等分格数为n。 若N－n为偶数，以符号Z表示断裂试样长的一段的标距等分标记，要求Z与Y的标距等分格数为N?n。分别测量X与Y之间的距离记为XY、Y与Z之间的距离记为YZ，2 则试样断后的标距段长度Lu＝XY＋2YZ，如下图（a）所示。 若N－n为奇数，以符号Z’ 和Z’’表示断裂试样长的一段的标距等分标记，要求Z’与Y的标距等分格数为N?n－1’，Z与Z’’的标距等分格数为1。分别测量X与Y之间的距离记2 为XY、Y与Z’之间的距离记为Y Z’、Z’与Z’’之间的距离记为Z’ Z’’，则试样断后的标距段长度Lu＝XY＋2Y Z’ ＋Z’ Z’’，如下图（b）所示。XYZ (a)
XYZ'Z” (b) 四、实验步骤 1、 按要求测量试样的原始横截面面积S0。低碳钢标距段原始长度不用测量，为100mm。 铸铁不定标距，不用测量。 2、 按要求装夹试样（先选其中一根），并保持上下对中。 3、 按指导老师要求选择“试验方案” →“新建实验” → “金属圆棒拉伸实验”进行试 验，详细操作要求见电液伺服万能试验机使用说明。 4、 试样拉断后拆下试样，重新调整试验机活动台的合理高度（一般为10mm），按要求装夹 另一根试样，选择“继续实验” 进行第二根试样的拉伸试验。 5、 第二根试样拉断后拆下试样，根据电液伺服万能试验机使用说明把两根试样的F―ΔL 曲线添加不同的颜色一起显示在微机显示屏上。从低碳钢的F―ΔL曲线上读取FeL、Fm值，从铸铁的F―ΔL曲线上读取Fm值。并比较两条曲线的特征。 6、 测量低碳钢拉断后的断口最小横截面面积Su。 7、 根据低碳钢断口的位置选择直接测量或移位方法测量标距段长度Lu。 8、 比较低碳钢和铸铁的断口特征。 9、 试验机复原。 五、实验数据及处理要求 1、试样直径的测量与测量工具的精度保持一致。 2、横截面面积的计算值取4位有效数字。 3
1、为什么在实验前需要测试件原始尺寸，包括哪些数据，如何测？ 2、如果试件直径为10mm ,按标准短比例试件要求，标距应定为多少？ 3、哪种材料需要在试件拉断后测量试件尺寸？ 4、铸铁拉伸变形为什么没有屈服、强化及缩颈等阶段？ 5、 测定材料屈服强度的意义？哪些材料需要测定屈服强度？ 6、 应变强化是哪类材料的特点，发生在拉伸过程的哪个阶段，有何作用和意义？《》出自：
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材料力学拉伸实验报告
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【材料力学拉伸实验报告】材料力学试验指导书及报告书 材料力学试验指导书及报告书专业：年级：组别：姓名：试验一 试验一：拉伸试验一、内容和目的 1、测定低碳钢的屈服极限 σ s 、强度极限 σ b 、延伸率 δ 和截面收缩率ψ ；测 定铸铁的强度极限 σ b 。2、观察低碳钢、铸铁在拉伸过程中的各种现象，绘制拉伸图（P-△L 图） ， 由此了解试件变形过程中变形随荷载的变化规律，以及有关的破坏现象。3、观察断口，比较低碳钢和铸铁两种材料的拉伸性能。二、试验设备和量具 1、试验设备万能试验机、游标卡尺、小直尺、低碳钢和铸铁标准试件 2、标准试件尺寸1）圆形截面试件长度 L0 与截面积 A0 的关系长试件：L0/d0=10，以 δ 10 表示； 短试件：L0/d0=5，以 δ 5 表示； 2） 矩形截面试件长度 L0 与截面积 A0 的关系L0 = 11.3 A0 或L0 = 5.65 A0 其中， L0―初始长度， d0―初始直径， A0―初始截面面积。试件形状如图 5：三、实验原理材料的机械性能指标 σ s 、σ b 、 δ 、ψ 是由拉伸破坏实验来确定的，实验时 万能材料试验机自动给出载荷与变形关系的拉伸图（P-△L 图）如图 2 所示，观 察试样和拉伸图可以看到下列变形过程。1、弹性阶―OA 2、屈服分阶段―BC 3、强化阶段―CD 4、颈缩阶段―DE图 2 载荷与变形关系的拉伸图（P-△L 图） 由实验可知弹性阶段卸荷后，试样变形立即消失，这种变形是弹性变形。当 负荷增加到一定值时，测力度盘的指针停止转动或来回摆动，拉伸图上出现了锯 齿平台，即荷载不增加的情况下，试样继续伸长，材料处在屈服阶段。此吁可记 录下屈服点 Ps。当屈服到一定程度后，材料又重新具有了抵抗变形的能力，材 料处在强化阶段。此阶段强化后的材料就产生了残余应变， 卸载后再重新加载， 具有和原材料不同的性质，材料的强度提高了。但是断裂后的残余变形比原来降 低了。这种常温下经塑性变形后，材料强度提高，塑性降低的现象知名人士为冷 作硬化。当荷载达到最大值 Pb 后，试样的某一部位载面开始急剧缩小致使载荷 下降。至到断裂，这一阶段叫颈缩阶段。实验中可测得Ps―屈服荷载。Pb ―最大荷载。L1―断后标距部分长度。A1―断后最细部分载面积。由此可计算 1、屈服极限σ s = 2、强度极限σ b = 3、延伸率δ =PS A0Pb A0L1 ? L0 × 100% L0 A0 ? A1 × 100% A04、截面收缩率：ψ =其中 A0、L0 均为拉伸前试件的载面面积及标距。四、低碳钢的拉伸步骤 低碳钢的拉伸步骤 1、试件的准备，试件中段取标距 L0=50mm，在标距两端刻线（或冲眼）做为标志。用游标卡尺在试件标距范围内，测量中产和两端三处直径 d0。取最小值 作为计算载面面积用。2、试验机的准备（液压万能试验机构造原理参看附录一） ：首先学习试验机 操作规程。估计低碳钢 σ b ，计算打断试件所需的最大荷载。根据最大荷载选定 试验机测力表盘和锤 A、B、C 并调节缓冲手柄到相应的位置。按需要放大倍数 调节好自动绘图器，装上绘图纸，以备画出 P-△L 曲线。装好试件，调整指针对 准零点。3、检查试车：由检查以上准备情况，开动试验机，加少量荷载（勿使 超过比例极限）检查试验机，绘图机构工作是否正常。然后卸载（可保留少量荷 载） ，视情况指针调零。4、进行试验：慢速加载。使试验机指针缓慢均匀的转动。自动绘图装置可 绘出试件受力和变形的关系图，如图 1。观察测力盘指针转动情况，当提我不动 或摆动，倒退时，说明材料发生流动（屈服）测力指针倒退的最小值。即为流动 荷载 Ps，如图 BC 段，试验者应记录下此值，以备计算屈服点应力值 δ s 。流动阶段结束，试件可以继续承受更大的外力和发生变形，称为强化阶段如图 C 至 D 段。段所对应的荷载即试件能承担的最大荷载 Pb， D 试验者记录好 Pb 值以 备计算。当荷载达到 Pb 之后，试件开始颈缩，测力指针开始回转，表明试件承 载能力减少，到 E 点断裂。5、试验结束关闭试验机，取下试件和图纸，打开试验机回油阀，使试验机 回到原位。6、测量试件：将断裂试件紧对在一起，测量端口处直径 d1，在断口两个互 相垂直方 1/3 处区段内。可直接量取；若不在此区，按国家标准采用断口移中办 法，计算 L1 的长度。具体方法是：如图 3 所示，断口靠近左端部，在靠近断口端部处测量长度 a， （n-m）/2，n 为 应使断口靠近 a 之中部，然后紧靠 a 测量距离 b ，b 之格数为L 内总格数，m 为 a 所占格数，则 试件拉断后正确计算长度为b 的 格 数 为 偶 数 量 L1=a+2b （如右图 3） b 的格数为奇数量 (如右图 4) L1=a+b1+b2五、铸铁拉伸试验步骤1、试件的准备：测量试件中间和两端之处直径 d，取最小值计算载面积。2、试验机准备：估计铸铁 σ b 值，估算拉断试件最大荷载。试验机调整与低 碳钢拉伸试验相同。3、检查及试车：与低碳多拉伸试验相同。4 进行试验：开动好试验机。用慢速加载直到试件断裂，记录最大荷载 Pb 值。观察自动绘图器上的曲线。5、试验结束：关闭试验机，取下试件，使试验机回原位。6、测量试件：测量断裂后试件的直径和长度，可以发现 σ ≈ 0,ψ ≈ 0 7、计算铸铁拉伸强度极限σ b =Pb A0六、结束工作 1、清理并复原试验机、工具和现场。2、描下拉伸曲线按要求填写试验报告，整理数据，写出结论。拉伸试验报告书 拉伸试验报告书一、低碳钢（1）试件数据初始标距：L0 = 初始直径：d0 = 初始截面面积：A0 = （2）试验结果：PS = A0断裂后标距：L1 = 断裂后最小直径：d1 = 断口处面积：A1 =1）屈服荷载：Ps =屈服极限σ s =2）极限荷载：Pb =强度极限σ b =Pb = A03）伸长率δ =L1 ? L0 × 100% = L0 A0 ? A1 × 100% = A04）截面收缩率：ψ =（3）变形特征：（绘制拉伸曲线）二、铸铁（1）试件数据初始标距：L0 = 试验前直径：d0 = 初始截面面积：A0 = 屈服荷载：Ps = 断裂后标距：L1 = 断裂后直径：d1 = 断口处面积：A1 = 极限荷载：Pb =强度极限σ b =Pb = A0屈服极限σ s =PS = A0（2）变形特征：（绘制拉伸曲线）（3）低碳钢与铸铁拉伸性能比较后的认识：实验二 压缩试验一、实验目的1．测定压缩时低碳钢的屈服极限 σ s 和铸铁的强度极限 σ b 。2．观察低碳钢和铸铁压缩时的变形和破坏现象，并进行比较和分析原因。二、设备和器材试验设备万能试验机、游标卡尺、低碳钢和铸铁标准试件三、实验原理低碳钢和铸铁等金属材料的压缩试样一般制成圆柱形，高 ho 与直径 do 之比 在 1～3 的范围内。目前常用的压缩试验方法是两端平压法。这种压缩试验方法， 试样的上下两端与试验机承垫之间会产生很大的摩擦力， 它们阻碍着试样上部及 下部的横向变形，导致测得的抗压强度较实际偏高。当试样的高度相对增加时， 摩擦力对试样中部的影响就变得小了，因此抗压强度与比值 ho／do 有关。由此可 见，压缩试验是与试验条件有关的。为了在相同的试验条件下，对不同材料的抗 压性能进行比较，应对 ho／do 的值作出规定。实践表明，此值取在 1～3 的范围 内为宜。若小于 l，则摩擦力的影响太大；若大于 3，虽然摩擦力的影响减小， 但稳定性的影响却突出起来。低碳钢试样压缩时同样存在弹性极限、比例极限、屈服极限而且数值和拉伸 所得的相应数值差不多，但是在屈服时却不象拉伸那样明显。从进入屈服开始， 试样塑性变形就有较大的增长，试样截面面积随之增大。由于截面面积的增大， 要维持屈服时的应力，载荷也就要相应增大。因此，在整个屈服阶段，载荷也是 上升的，在测力盘上看不到指针倒退现象，这样，判定压缩时的 PS 要特别小心 地注意观察。在缓慢均匀加载下，测力指针是等速转动的，当材料发生屈服时， 测力指针的转动将出现减慢， 这时所对应的载荷即为屈服载荷 PS。由于指针转动 速度的减慢不十分明显， 故还要结合自动绘图装置上绘出的压缩曲线中的的拐点 来判断和确定 PS。低碳钢的压缩图（即 P 一△1 曲线）如图 1 所示，超过屈服之后，低碳钢试 样由原来的圆柱形逐渐被压成鼓形， 即如图 3。继续不断加压， 试样将愈压愈扁， 但总不破坏。所以，低碳钢不具有抗压强度极限（也可将它的抗压强度极限理解为无限大） ，低碳钢的压缩曲线也可证实这一点。图 1 低碳钢压缩图图 2 铸铁压缩图灰铸铁在拉伸时是属于塑性很差的一种脆性材料，但在受压时，试件在达到 最大载荷 Pb 前将会产生较大的塑性变形，最后被压成鼓形而断裂。铸铁的压缩 图（P 一△1 曲线）如图 2 所示，灰铸铁试样的断裂有两特点：一是断口为斜断 口，如图 4 所示。图 3 压缩时低碳钢变形示意图图 4 压缩时铸铁破坏断口二是按 Pb/A0 求得的 σ b 远比拉伸时为高，大致是拉伸时的 3―4 倍。为什么 像灰铸铁这脆性材料的抗拉抗压能力相差这么大呢？这主要与材料本身情况 （内 因）和受力状态（外因）有关。铸铁压缩时沿斜截面断裂，其主要原因是由剪应 力引起的。假使测量铸铁受压试样斜断口倾角 α ，则可发现它略大于 45o 而不是 最大剪应力所在截面，这是因为试样两端存在摩擦力造成的。四、试验步骤1．低碳钢试样的压缩实验 l）测定试样的截面尺寸――用游标卡尺在试样高度中央取一处予以测量， 沿两个互相垂直的方向各测一次取其算术平均值作为 do 来计算截面面积 Ao。用 游标卡尺测量试样的高度。2）试验机的调整――估算屈服载荷的大小，选择测力度盘，调整指针对准 零点，并调整好自动绘图仪。3）安装试样――将试样准确地放在试验机平台承垫的中心位置上。4）检查及试车――试车时先提升试验活动平台，使试样随之上升。当上承 垫接近试样时，应大大减慢活动台上升的速度。注意：必须切实避免急剧加载。待试样与上承垫接触受力后，用慢速预先加少量载荷，然后卸载接近零点，检查 试验机包括自动绘图部分）工作是否正常。5）进行试验――缓慢均匀地加载，注意观察测力指针的转动情况和绘图纸 上曲线，以便及时而正确地确定屈服载荷，并记录之。屈服阶段结束后继续加载，将试样压成鼓形即可停止。2．铸铁试样的压缩实验 铸铁试样压缩试验的步骤与低碳钢压缩试验基本相同， 但不测屈服载荷而测 最大载荷。此外，要在试样周围加防护罩；以免在试验过程中试样飞出伤人。五、结束工作1、清理并复原试验机、工具和现场。2、按要求填写试验报告，整理数据，写出结论。压缩试验报告一、实验记录数据名称低碳钢铸铁直径 mm 原始尺寸 高度 mm 初始面积 A0 mm2 屈服载荷 Ps KN 无极限载荷 Pb KN无破坏形式二、实验计算结果1）低碳钢的屈服极限：σ s =PS = A0=MPa2）铸铁的强度极限σ b =Pb = A0=MPa三、试验结果分析1）比较低碳钢和铸铁在拉伸与压缩时的力学性质。2）仔细观察铸铁的破坏形式并分析破坏原因。
【材料力学拉伸实验报告】中山大学工学院、理论与应用力学刘广编制实验编号及题目：实验一 低碳钢、铸铁拉伸试验《材料力学》课程实验报告纸院系：工学院 实验人姓名：刘广 日期：2012 年 10 月 18 号 专业：理论与应用力学 年级：2011 级参加人姓名：刘广、马鹏程、杨航、罗嘉辉、林泽鹏、刘志豪、林静榕、刘海峰温度：28° C学号：实验一：低碳钢、铸铁拉伸试验 一、实验目的 本试验以低碳钢和铸铁为代表，了解塑性材料在简单拉伸时的机械性质。它是力学性能 试验中最基本最常用的一个。一般工厂及工程建设都广泛利用该实验结果来检验材料的 机械性能。试验提供的 E，ReL，Rm，A 和 Z 等指标，是评定材质和进行强度、刚度计算的重要 依据。本试验具体要求为1.了解材料拉伸时力与变形的关系，观察试件破坏现象。2．测定强度数据，如屈服点 ReL，抗拉强度 Rm。3．测定塑性材料的塑性指标：拉伸时的伸长率 A，截面收缩率 Z。4．比较塑性材料与脆性材料在拉伸时的机械性质。二：实验仪器与设备① 微机控制电液伺服万能试验机 ② 全数字闭环测控系统 ③ 电子引伸计 ④ 游标卡尺 ⑤ 刻度尺 ⑥ 橡皮筋 三、实验原理 进行拉伸试验时，外力必须通过试样轴线,以确保材料处于单向应力状态。一般试验机都 设有自动绘图装置，用以记录试样的拉伸图即 F-ΔL 曲线，形象地体现了材料变形特点以及 各阶段受力和变形的关系。但是 F-ΔL 曲线的定量关系不仅取决于材质而且受试样几何尺寸 的影响。因此，拉伸图往往用名义应力、应变曲线(即 R-ε曲线)来表示0-150mm 0-30cm 最小刻度 0.02mm 最小刻度 0.5mm 2条 型号 SHT5305 型号 DCS-300 最大负荷 300kN 1台 1台 1个R?F ――试样的名义应力 S0Page 1 of 11中山大学工学院、理论与应用力学刘广编制实验编号及题目：实验一 低碳钢、铸铁拉伸试验《材料力学》课程实验报告纸院系：工学院 姓名：刘广 学号： 日期：2012 年 10 月 18 号???L ――试样的名义应变 L0S0 和 L0 分别代表初始条件下的面积和标距。R-ε曲线与 F-ΔL 曲线相似，但消除了几何 尺寸的影响。因此，能代表材料的属性。单向拉伸条件下的一些材料的机械性能指标就是在 R-ε曲线上定义的。如果试验能提供一条精确的拉伸图，那么单向拉伸条件下的主要力学性 能指标就可精确地测定。不同性质的材料拉伸过程也不同，其 R-ε曲线会存在很大差异。低碳钢和铸铁是性质截 然不同的两种典型材料，它们的拉伸曲线在工程材料中十分典型，掌握它们的拉伸过程和破 坏特点有助于正确、合理地认识和选用材料。低碳钢具有良好的塑性，由 R-ε曲线（图 1-1)可以看出，低碳钢断裂前明显地分成四个 阶段弹性阶段（OA)：试件的变形是弹性的。在这个范围内卸载，试样仍恢复原来的尺寸，没 有任何残余变形。习惯上认为材料在弹性范围内服从虎克定律，其应力、应变为正比关系， 即 R ? E? （1-1） 比例系数 E 代表直线 OA 的斜率，称作材料的弹性模量。屈服（流动)阶段（BC)：R-ε曲线上出现明显的屈服点。这表明材料暂时丧失抵抗继续 变形的能力。这时，应力基本上不变化，而变形快速增长。通常把下屈服点（B@)作为材料 屈服极限 ReL。ReL 是材料开始进入塑性的标志。结构、零件的应力一旦超过 ReL，材料就会屈服， 零件就会因为过量变形而失效。因此强度设计时常以屈服极限 ReL 作为确定许可应力的基础。从屈服阶段开始，材料的变形包含弹性和塑性两部分。如果试样表面光滑，材料杂质含量少， 可以清楚地看到表面有 45°方向的滑移线。图 1-1试件拉伸图Page 2 of 11中山大学工学院、理论与应用力学刘广编制实验编号及题目：实验一 低碳钢、铸铁拉伸试验《材料力学》课程实验报告纸院系：工学院 姓名：刘广 学号： 日期：2012 年 10 月 18 号强化阶段（CD)：屈服阶段结束后，R-ε曲线又开始上升，材料恢复了对继续变形的抵抗 能力，载荷就必须不断增长。如果在这一阶段卸载，弹性变形将随之消失，而塑性变形将永 远保留下来。强化阶段的卸载路径与弹性阶段平行。卸载后若重新加载，加载线仍与弹性阶 段平行，但重新加载后，材料的弹性阶段加长、屈服强度明显提高，而塑性却相应下降。这 种现象称作为形变强化或冷作硬化。冷作硬化是金属材料极为宝贵的性质之一。塑性变形和 形变强化二者联合，是强化金属材料的重要手段。例如喷丸，挤压，冷拨等工艺，就是利用 材料的冷作硬化来提高材料强度的。强化阶段的塑性变形是沿轴向均匀分布的。随塑性变形 的增长，试样表面的滑移线亦愈趋明显。D 点是 R-ε曲线的最高点，定义为材料的强度极限 又称作材料的抗拉强度记作 Rm。对低碳钢来说 Rm 是材料均匀塑性变形的最大抗力，是材料进 入颈缩阶段的标志。颈缩阶段（DE)：应力达到强度极限后，塑性变形开始在局部进行。局部截面急剧收缩， 承载面积迅速减少，试样承受的载荷很快下降，直到断裂。断裂时，试样的弹性变形消失， 塑性变形则遗留在破断的试样上。材料的塑性通常用试样断裂后的残余变形来衡量，单拉时 的塑性指标用断后伸长率 A 和断面收缩率 Z 来表示。即A?Lu ? L0 ?100% L0 S 0 ? Su ?100% S0（1-2）Z?Lu，Su 分别代表试样拉断后的标距和断口的面积。低碳钢颈缩部分的变形在总变形中占很大比重如图 1-2 所示。测试断后伸长率时，颈缩 局部及其影响区的塑性变形都应包含在 Lu 之内。这就要求断口位置应在标距的中央附近。若 断口落在标距之外则试验无效。工程上通常认为，材料的断后伸长率 A& 5%属于韧断，A& 5%则属于脆断。韧断的特征是 断裂前有较大的宏观塑性变形，断口形貌是暗灰色纤维状组织。低碳钢断裂时有很大的塑性 变形，断口为杯状周边为 45°的剪切唇，断口组织为暗灰色纤维状，因此是一种典型的韧状 断口。铸铁是典型的脆性材料，其拉伸曲线如图 1-1（c）所示。其拉伸过程较低碳钢简单，可 近似认为是经弹性阶段直接过渡到断裂。其破坏断口沿横截面方向，说明铸铁的断裂是由拉 应力引起，其强度指标只有 Rm。由拉伸曲线可见，铸铁断后伸长率甚小，所以铸铁常在没有 任何预兆的情况下突然发生脆断。因此这类材料若使用不当，极易发生事故。铸铁断口与正 应力方向垂直，断面平齐为闪光的结晶状组织，是典型的脆状断口。Page 3 of 11中山大学工学院、理论与应用力学刘广编制实验编号及题目：实验一 低碳钢、铸铁拉伸试验《材料力学》课程实验报告纸院系：工学院 姓名：刘广 学号： 日期：2012 年 10 月 18 号多数工程材料的拉伸曲线介于低碳钢和铸铁之间，常常只有两个或三个阶段如图 1-3。但 强度、塑性指标的定义和测试方法基本相同。所以，通过拉伸破坏试验，分析比较低碳钢和 铸铁的拉伸过程，确定其机械性能，在机械性能试验研究中具有典型意义。四：试样的制备 试样制备是试验的重要环节。国家标准 《金属拉伸试验试样》 GB6397-86 对此有详细规定。通常拉伸试样有比例试件和定标准试件两种。一般拉伸试样由三部分组成，即工作部分，过渡部分和夹持部分（图 1-4） 。工作部分必 须保持光滑均匀以确保材料表面的单向应力状态。均匀部分的有效工作长度 L0 称做标距。d0、 S0 分别代表工作部分的直径和面积。过渡部分必须有适当的台肩和圆角，以降低应力集中，保 持该处不会断裂。试样两端的夹持部分用以传递载荷，其形状尺寸应与试验机的钳口相匹配。R 0.8 d0L0 L 图 1-4 圆形截面拉伸试件Page 4 of 11中山大学工学院、理论与应用力学刘广编制实验编号及题目：实验一 低碳钢、铸铁拉伸试验《材料力学》课程实验报告纸院系：工学院 姓名：刘广 学号： 日期：2012 年 10 月 18 号前已述及，颈缩局部及其影响区的塑性变形在断后伸长率中占很大的比重。虽然，同种材 料的断后伸长率不仅取决于材质，而且还取决于试样的标距。试样愈短、局部变形所占比例 愈大，A 也就愈大。为了便于相互比较，试样的长度应当标准化。按照规定，测试断后伸长率 应当采用比例试样。比例试样的长度有两种规定10 倍直径圆试样：L0 ? 10d 0 , 即 L0 ? 11.3 S05 倍直径圆试样：L0 ? 5d 0 , 即 L0 ? 5.65 S0按照上述比例，板试样也分长、短两种长试样短试样：L0 ? 11.3 S0 L0 ? 5.65 S0用 10 倍直径试样测定的断后伸长率记做 Au0，用 5 倍直径试样测定的断后伸长率记做 A5 国家 标准推荐使用短比例试样。五：实验步骤低碳钢拉伸① 用游标卡尺在低碳钢试件的两端和中央的三个截面上测量直径，每个截面在互相垂直的两 个方向各测一次，取其平均值，并用三个平均值中最小者作为计算截面积的直径 d0，并计 算出截面积 S0 值。用刻度尺在低碳钢试件两端间取 10d0 的距离作为原长度 l0，做上标记，并平均分成 10 格，同 样做上标记。② 打开万能试验机，先把试件安装在试验机的上夹头内，用橡皮筋将电子引伸计固定在试件 标记 l0 长度内，再移动下夹头，使其达到适当的位置，此时清零电脑记录的所有数据后， 把试件下端夹紧。Page 5 of 11中山大学工学院、理论与应用力学刘广编制实验编号及题目：实验一 低碳钢、铸铁拉伸试验《材料力学》课程实验报告纸院系：工学院 姓名：刘广 学号： 日期：2012 年 10 月 18 号③ 点击电脑中表示“开始”的箭头按钮，开始拉伸试验，此间数据由电脑记录。④ 当电脑提示取下引伸计时，取下引伸计。⑤ 拉断试件后，打印电脑记录数据及图像，取下断裂的两截试件。⑥ 用游标卡尺测量上下两截断截口处的截面直径，每个截面在互相垂直的两个方向各测一 次，取其平均值，取最小值作为计算截面积的直径 d，计算此时截面积 S，同时计算断面 收缩率??S0 ? S ?100% 。S0⑦ 将试件两截拼合后用刻度尺测量拉伸后试件长度，测量三次取平均值为 l，同时计算伸长 率??实验结束，收拾好实验用品。铸铁拉伸：l0 ? l ?100% 。l0① 用游标卡尺在铸铁试件的两端和中央的三个截面上测量直径，每个截面在互相垂直的两个 方向各测一次，取其平均值，并用三个平均值中最小者作为计算截面积的直径 d0，并计算 出截面积 S0 值。② 用刻度尺在铸铁试件两端间取 10d0 的距离作为原长度 l0，做上标记。③ 打开万能试验机，先把试件安装在试验机的上夹头内，再移动下夹头，使其达到适当的位 置，此时清零电脑记录的所有数据后，把试件下端夹紧。④ 点击电脑中表示“开始”的箭头按钮，开始拉伸试验，此间数据由电脑记录。⑤ 拉断试件后，打印电脑记录数据及图像，取下断裂的两截试件。Page 6 of 11中山大学工学院、理论与应用力学刘广编制实验编号及题目：实验一 低碳钢、铸铁拉伸试验《材料力学》课程实验报告纸院系：工学院 姓名：刘广 学号： 日期：2012 年 10 月 18 号⑥ 用游标卡尺测量上下两截断截口处的截面直径，每个截面在互相垂直的两个方向各测一 次，取其平均值，取最小值作为计算截面积的直径 d，计算此时截面积 S，同时计算断面 收缩率??S0 ? S ?100% 。S0⑦ 将试件两截拼合后用刻度尺测量拉伸后试件长度，测量三次取平均值为 l，同时计算伸长 率??⑧ 实验结束，收拾好实验用品。实验数据与数据处理低碳钢截面直径 d0 测量 位置 上部 中部 下部 断面直径 d 位置 上半段 下半段 断裂后长度 l l 第一次 124.16mml0 ? l ?100% 。l0第一次测量 10.00mm 10.00mm 10.00mm第二次测量 10.00mm 10.00mm 10.00mm第一次测量 5.70mm 5.70mm第二次测量 5.70mm 5.70mm第二次 124.16mm第三次 124.16mm断裂处位于 由上至下 第 5 格 由下至上 第 6 格 断裂上半截呈凸状 下半截呈凹状Page 7 of 11中山大学工学院、理论与应用力学刘广编制实验编号及题目：实验一 低碳钢、铸铁拉伸试验《材料力学》课程实验报告纸院系：工学院 姓名：刘广 学号： 日期：2012 年 10 月 18 号铸铁截面直径 d0位置 上部 中部 下部 断面直径 d 位置 上半段 下半段 断裂后长度 l l 断裂处距下端 a 第一次 0.92cm 六、实验结果的处理 1.强度指标计算第一次测量 10.00mm 10.00mm 10.00mm第二次测量 10.00mm 10.00mm 10.00mm第一次测量 10.00mm 10.00mm第二次测量 10.00mm 10.00mm第一次 110.06mm第二次 110.06m第三次 110.06m第二次 0.95cm屈服极限ReL ? Rm ?FeL S0 Fm S0强度极限屈服载荷 FeL 取屈服平台的下限值。Fm 取 F-ΔL 曲线的最大载荷。铸铁不存在屈服阶段故只记 Rm。2.塑性指标的计算 断后伸长率 A ?Lu ? L0 ?100% L0Page 8 of 11中山大学工学院、理论与应用力学刘广编制实验编号及题目：实验一 低碳钢、铸铁拉伸试验《材料力学》课程实验报告纸院系：工学院 姓名：刘广 学号： 日期：2012 年 10 月 18 号断面收缩率 Z ?S 0 ? Su ?100% S0将自动绘图器绘出的图形用光滑曲线联结，并延长直线部分使之交于坐标原点。修正后绘方 格纸上，并注明比例尺，即方格上每一厘米代表若干载荷和伸长。绘出低碳钢和铸铁试件试验前后的形状图形。低碳钢FeH 28.56kN ? ? 0.3638GPa 上屈服度:ReH ? 2 A ? 10?2 ? 2 ? ?? ? m ? 2 ? FeH 25.99kN ? ? 0.33108GPa 下屈服度：ReL= 2 A ? 10?2 ? 2 ? ?? ? m ? 2 ? Fm 35.87kN ? ? 0.45694GPa 抗拉强度：Rm= 2 A ? 10?2 ? 2 ? ?? ? m ? 2 ? L ?L 124.16 ? 100 ?100% ? 24.16% 断后伸长率：A= 1 0 ?100% ? L0 100? 10?2 ? ? 5.70 ?10?3 ? ? ?? ?? ?? ? ? 2 A ? A0 ? 2 ? ? ? ?100% ? 67.51% ?100% ? 截面收缩率：ψ= 1 ?2 2 A0 ? 10 ? ? ?? ? ? 2 ? 铸铁Fm 13.21kN ? ? 0.16828GPa 抗拉强度：Rm= 2 A ? 10?2 ? 2 ? ?? ? m ? 2 ? L ?L 110.06 ? 100 ?100% ? 10.06% 断后伸长率：A= 1 0 ?100% ? L0 100 以上数据均符合实验要求。22Page 9 of 11中山大学工学院、理论与应用力学刘广编制实验编号及题目：实验一 低碳钢、铸铁拉伸试验《材料力学》课程实验报告纸院系：工学院 姓名：刘广 学号： 日期：2012 年 10 月 18 号低碳钢和铸铁应力应变曲线见最后附表。低碳钢端口截面图如下：铸铁截面图如下：实验课后思考1. 实验时如何观察低碳钢的屈服点？测定时为何对加载速度提出要求？ 答：在实验中，当应力超过某一点增加到某一值时，应变有非常明显的增大，而应力是先 下降，然后作微小的波动，在 σ-ε 曲线上出现接近水平的小锯齿形折线。像这种应力基本 保持不变、而应变显著增加的现象就是屈服。在低碳钢试验时，我们可以边观察电脑屏幕 上的 σ-ε 曲线，当曲线出现以上现象时就代表低碳钢出现了屈服点。在室温下，以缓慢平稳的加载方式进行试验，称为常温静载试验，是测定材料力学性能的 基本实验。在进行荷载加载时，必须缓慢加载才可以达到常温静载试验的要求。假如加载 速度过快，则会导致材料的各项数据短时间内发生剧烈变动，导致测量误差过大。2. 为什么低碳钢拉伸时会发生颈缩现象？ 答：在 σ-ε 曲线中，当应变超过某一点，在试样的某一局部范围内，横向尺寸突然急剧缩小， 形成颈缩现象。低碳钢是含碳量在 0.3%以下的碳素钢，且断面收缩率&5%的塑性材料.其内部Page 10 of 11中山大学工学院、理论与应用力学刘广编制实验编号及题目：实验一 低碳钢、铸铁拉伸试验《材料力学》课程实验报告纸院系：工学院 姓名：刘广 学号： 日期：2012 年 10 月 18 号结构具有的有序耗散决定其在拉伸时具有屈服和颈缩现象。3. 对低碳钢和铸铁试件拉伸时的断口形状进行描述，并分析破坏原因。答：低碳钢断口有明显的塑性破坏产生的光亮倾斜面，倾斜面倾角与试样轴线近似成(称杯状 断口)45 度，这部分材料的断裂是由于切应力造成的，中心部分为粗糙平面，塑性越大对应杯 状断口越大，中心粗糙平面的面积越小。而铸铁没有任何的倾斜侧面，断口平齐，并垂直于 拉应力，属典型的脆性断口。故当拉应力达到其极限时，就会发生断裂，且断口平齐。Page 11 of 11
【材料力学拉伸实验报告】材料力学性能拉伸试验报告材化 08 李文迪 材料力学性能拉伸试验报告[试验目的] 试验目的] 目的1. 测定低碳钢在退火、正火和淬火三种不同热处理状态下的强度与塑性性能。2. 测定低碳钢的应变硬化指数和应变硬化系数。[试验材料] 试验材料] 材料通过室温拉伸试验完成上述性能测试工作，测试过程执行GB/T228-2002:金属材料室 温拉伸试验方法1.1 1.2 试验材料：退火低碳钢，正火低碳钢，淬火低碳钢的R4标准试样各一个。热处理状态及组织性能特点简述：1.2.1 退火低碳钢：将钢加热到Ac3或Ac1以上30-50℃，保温一段时间后，缓慢而均 匀的冷却称为退火。特点：退火可以降低硬度，使材料便于切削加工，并使钢的晶粒细化，消除应力。1.2.2 正火低碳钢：将钢加热到Ac3或Accm以上30-50℃，保温后在空气中冷却称为 正火。特点：许多碳素钢和合金钢正火后，各项机械性能均较好，可以细化晶粒。1.2.3 淬火低碳钢：对于亚共析钢，即低碳钢和中碳钢加热到Ac3以上30-50℃，在此 温度下保持一段时间，使钢的组织全部变成奥氏体，然后快速冷却（水冷或油 冷），使奥氏体来不及分解而形成马氏体组织，称为淬火。特点：硬度大，适合对硬度有特殊要求的部件。1材料力学性能拉伸试验报告1.3试样规格尺寸：采用R4试样。参数如下标距 50mm 平行长度 60mm 截面原始直径 10mm 过渡弧直径 8mm 头部直径 20mm1.4公差要求 形状公差 士0.04mm尺寸公差 士0.07mm[试验原理] 试验原理] 原理1. 原理简介：材料的机械性能指标是由拉伸破坏试验来确定的，由试验可知弹性阶段 卸荷后，试样变形立即消失，这种变形是弹性变形。当负荷增加到一定值时，测力 度盘的指针停止转动或来回摆动，拉伸图上出现了锯齿平台，即荷载不增加的情况 下，试样继续伸长，材料处在屈服阶段。此时可记录下屈服强度ReL。当屈服到一 定程度后，材料又重新具有了抵抗变形的能力，材料处在强化阶段。此阶段：强化 后的材料就产生了残余应变，卸载后再重新加载，具有和原材料不同的性质，材料 的强度提高了。但是断裂后的残余变形比原来降低了。这种常温下经塑性变形后， 材料强度提高，塑性降低的现象称为冷作硬化。当荷载达到最大值Rm后，试样的 某一部位截面开始急剧缩小致使载荷下降,至到断裂。2材料力学性能拉伸试验报告[试验设备与仪器] 试验设备与仪器] 设备与仪器1.1 试验中需要测得（1） 连续测量加载过程中的载荷R和试样上某段的伸长量（Lu-Lo）数据。（有万 能材料试验机给出应力-应变曲线） （2） 两个个直接测量量：试样标距的长度 Lo；直径 d。1.2 试样标距长度与直径精度：由于两者为直接测量量，工具为游标卡尺，最高精 度为0.02mm。1.3 检测工具：万能材料试验机 WDW-200D。载荷传感器，0.5级。引伸计，0.5 级。注1：应力值并非试验机直接给出，由载荷传感器直接测量施加的载荷值，进而 转化成工程应力，0.5级，即精确至载荷传感器满量程的1/500。注2：连续测试试样上某段的伸长量由引伸计完成，0.5级，即至引伸计满量程 的1/50。1.4 设备介绍：万能材料试验机 WDW-200D。主要性能指标最大试验力：200kN 试验力准确度：优于示值的±1% （精密级为±0.5％） 力值测量范围：最大试验力的0.4％～100％ 变形测量准确度：在引伸计满量程的2％～100％范围内优于示值的±1% （精 密级为±0.5％）3材料力学性能拉伸试验报告[试验步骤] 试验步骤] 步骤（1）用游标卡尺测量试样的初始直径d（在相互垂直的两个方向上测量后取平均值）。（2）测量试样的标距的初始值Lo，并标识试样标距（划线）。（3）装卡引伸计至试样的标距内。（4）将试样安装在试验机的上下头之间。（5）由计算机控制。输入必要参数，完成程序调试。（6）启动测试过程，由计算机记录载荷-伸长数据。（7）在载荷达到最大值时（出现颈缩）取下引伸计。（8）加载直至试样断裂，取下试样，继续测量。（9） 用游标卡尺测量试样断后最小直径du和标距长度Lu 。注意1. 用细墨线分别标记原始标距，标记应准确到士0.5mm。2. 引伸计夹头分离速率尽量保持恒定，且速率保持在6 /min，保持直至拉断。3. 断后测量时应尽可能对准断口，使试样保持完整。4. 应测量颈缩最小处相互垂直的两个方向的直径取其平均值。5. Lu的测量需要至少3组数据，用来计算误差是否在国标范围内。4材料力学性能拉伸试验报告[试验结果及讨论] 试验结果及讨论] 结果及讨论一． 材 料 编 号 标距 Lo （mm） （1 ） 上截面 （2 ） 平均 （1 ） 原始数据 实验前 直径d （mm） 中截面 （2 ） 平均 （1 ） 下截面 （2 ）最 小 截平均 面积So 1 50.10 10.0 0 2 50.20 10.0 0 3 50.00 10.0 0 10.0 0 10.0 0 10.0 2 10.0 0 10.0 0 10.0 1 10.0 0 10.0 4 9.98 10.0 0 10.0 0 10.0 0 10.0 0 10.0 2 9.99 10.0 0 10.0 4 9.98 10.0 0 10.0 0 9.98 10.0 0 10.0 2 9.98表1：试验前各项测量量 二． 材 料 编 号 1 2 3 第一次测量 5.86 5.42 5.30 试验后数据试验后 断口处直径du （mm） 第二次测量 5.88 5.40 5.30材料力学性能拉伸试验报告断后最小横截 平均值 5.87 5.41 5.30 面积Su5表2：试验后断口处直径测量材料编号试验后 断后标距Lu （mm） 第一组 第二组 68.52 第三组 68.70 第四组 68.68 第五组 68.56 方差 S21 2（注1） 368.69.640.006表3：试验后断后标距测量 注1：断口处在端口，无法测得Lu。编号1 2 3 力（N） 变形△L（mm） 力（N） 变形△L（mm） 力（N） 变形△L（mm） 7 9 9 7
6 数据 5 1 4 1 5 9
5 7 8 9 9 7 8
3 7 3 表4：均匀塑性变形阶段试样载荷与形变数据6材料力学性能拉伸试验报告序号原始标距 mm 50规格 mm ф10最大力非比例伸长率 % 21.91573最大试验力 kN 33.737抗拉强度 MPa 429.55181表5：试样1的应力应变曲线及测试数据序号原始标距 mm规格 mm ф10最大力非 比例伸长 率 % 7.284526最大试验 力 kN 45.182抗拉强度 MPa 575.2737250规定非比 例延伸强 度 MPa Rp0.2378.31687材料力学性能拉伸试验报告表6：试样2的应力应变曲线及测试数据 序号 原始标距 mm 50 规格 mm ф9.98 最大力非 比例伸长 率 % 23.28489 最大试验 力 kN 30.394 抗拉强度 MPa 388.5402 下屈服强 度 MPa 227.02133表7：试样3的应力应变曲线及测试数据8材料力学性能拉伸试验报告三．数据处理1. 拉伸前试样初始横截面积S 0 可以计算得 材 料 编 号 上截面 （1） （2） 平均1 = π do2 4实验前 直径d （mm） 中截面 （1） （2） 平均 下截面 （1） （2） 平均最小截面 积S o1 2 310.00 10.00 10.00 10.00 10.00 10.00 10.00 10.00 10.00 78.540 10.00 10.00 10.00 10.04 10.00 10.02 10.04 10.00 10.02 78.540 10.00 10.02 10.01 9.98 10.00 9.99 9.98 9.98 9.98 78.2262. 断后颈缩处最小面积Su 材 料 编 号 1 2 3 第一次测量 5.86 5.42 5.301 = π du 2 4试验后断口处直径du （mm） 第二次测量 5.88 5.40 5.30 平均值 5.87 5.41 5.30断后最小横截 面积Su27.062 22.987 22.0629材料力学性能拉伸试验报告对断面收缩率的计算：S o ? Su du 2 Z= ×100% = 1 ? 2 So do得出试样断面收缩率试样1：65.54% 试样2：69.64% 试样3：71.91%3.1 ? x ? x1 断后标距测量的方差? n ?1 ?材料编号()22 +… + x ? x n ? ? ?()试验后 断后标距Lu （mm） 第一组 第二组 第三组 第四组 第五组 方差 S2（mm2）1 2（注1） 368.68.469.0.0060由于?Lmax = 0.18小于 0.25，根据国标可知 Lu 可用，故求出不确定度 UcLu：U cLu2 S Lu =± ×100% = ±0.015% Lu材料力学性能拉伸试验报告104. 抗拉强度 Rm， 如表 5,6,7 所示，由抗拉强度公式Rp 由 0.2%法可得：Rm =Pmax So序 号 1 2 3原始标距 mm 50 50 50规格 mm ф10 ф10 ф9.98最大力非比 例伸长率 21.526 23.28489最大试验力 kN 33.737 45.182 30.394抗拉强度 MPa 429.7 388.54025. 屈服强度（规定非比例延伸强度 RP） ：用 0.2%法作出平行线，可得：序号 1 2 3原始标距 mm 50 50 50规格 mm ф10 ф10 ф9.98屈服强度 MPa 206.8 388.54026. HOOLOMON 公式的拟合：用于在达到最大载荷即颈缩处发生前的均匀塑性变形阶 段，工程应力 σ ，工程应变 ε ,真应力 S，真应变l 之间满足：S = σ (1 + ε ) e=∫l0 ldl = ln(1 + ε ) l11材料力学性能拉伸试验报告由此导出了 HOOLOMON 公式K 为应变硬化系数，S = Keσ=nn 为应变硬化指数。F Soε=，现在根据表 4 的数据进行拟合，先根据公式?l lo 求出工程应力应变，然后根据上述公式，将工程应力应变根据公式转变为真应力应变后，式子两 边同取 LN，进行拟合后，结果如下:第一组 LnS 20.51 19.83 19.26 19.98 20.51 Lne -1.97 -2.226 -2.682 -3.161 -1.97 LnS第二组 Lne -3.44 -3.571 -3.42 -4.14 -3.44 LnS 20.27 20.6 20.85 19.01 20.27第三组 Lne -1.647 -2.081 -2.225 -2.413 -3.007 19.64 19.35 19.85 19.62 19.0512材料力学性能拉伸试验报告图 1：第一组拟合图lnS-lne拟合图 拟合图20.6 20.4 20.2 20 19.8 19.6 19.4 -1 0 LnS 线性 (LnS)y = 0.263x + 20.53 R? = 0.994 -4 -3 -2Lne 1图 2：第二组拟合图lnS-lne拟合图 拟合图21 20.8 20.6 20.4 LnS 20.2 y = 0.213x + 20.81 R? = 0.999 20 19.8 19.6 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 lne 线性 (LnS)13材料力学性能拉伸试验报告图 3：第三组拟合图lnS-lne拟合图 拟合图20.5 20.4 20.3 20.2 20.1 20 19.9 19.8 19.7 19.6 19.5 19.4 -1 -0.5 0lnS 线性 (lnS)y = 0.270x + 20.43 R? = 0.993 -3.5 -3 -2.5 -2 -1.5lne0.5由上述三个图可知对于 1ln K = 20.53，K=824.262MPA， n =0.263 小于 1 ，R2 =0.994，有效 对于 2ln K = 20.81，K= MPA， n =0.213 小于 1， R2 =0.999，有效 对于 3ln K = 20.43，K=745.823 MPA， n =0.270 小于 1，R2 =0.993，有效 所以拟合成功。7. 对于修约的验证：?Rm ?Pmax ?d = +2 u Rm Pmax du 根据精度要求：由于试样 1：（推导详情见附录）?Rm 0.02 = 5% + 2 = 0.0118 Rm 5.81所以 Rm=0.8=5.069MPa 大于 5MPa，不符合修约要求14材料力学性能拉伸试验报告试样 2：?Rm 0.02 = 5% + 2 = 0.0124 Rm 5.41所以 Rm=0.7=7.133MPa 大于 5MPa，不符合修约要求试样 3：?Rm 0.02 = 5% + 2 = 0.0125 Rm 5.30所以 Rm=0.2=4.857MPa 小于 5MPa，符合修约要求所以综上所述，只有试样 3 的 Rm 结果符合规定。8. 结果分析试样 1，试样 2，试样 3 通过以上 7 项计算可知总体强度试样 2 ? 试样 1 ? 试样 3，从断口也可以看出，试样 2 的强度大。并且，根据 LNS-LNE 拟合图 的数据可知，应变硬化系数也是试样 2 ? 试样 1 ? 试样 3。故根据报告开头叙述的热处理特点，我们可以肯定的得出结论试样 1 为正火处理的低碳钢； 试样 2 为淬火处理的低碳钢； 试样 3 为退火处理的低碳钢。四． 综合报告开头叙述的热处理特点以及上述计算结果，我们可以肯定的得出结论试样 1 为正火处理的低碳钢； 试样 2 为淬火处理的低碳钢； 试样 3 为退火处理的低碳钢。15材料力学性能拉伸试验报告[参考文献] 参考文献]1. 材料力学试验讲义，2007年1月. 2. 中华人民共和国国家标准，关于金属力学性能测试方法的标准，GB/T 2282002. 3. 材料力学行为，杨王h，强文江编，化学工业出版社. 4. 金属材料拉伸试验的不确定度评定，凌霄，理化检验-2004年6月第6期16材料力学性能拉伸试验报告[附录] 附录]精度详细计算推导1.S o ? Su du 2 Z= ×100% = 1 ? 2 So do2.?R0.2 ?P0.2 ?d = +2 0 R0.2 P0.2 d03.?Rm ?Pmax ?d = +2 u Rm Pmax du17材料力学性能拉伸试验报告
【材料力学拉伸实验报告】§1－1一、实验目的轴向拉伸实验1、 测定低碳钢的屈服强度 R eL （ ? s ） 、抗拉强度 R m （ ? b ） 、断后伸长率 A11.3（ ? 10）和断 面收缩率 Z（? ） 。2、 测定铸铁的抗拉强度 R m （ ? b ） 。3、 比较低碳钢 ?5（塑性材料）和铸铁 ?5（脆性材料）在拉伸时的力学性能和断口特征。注：括号内为 GB/T228-2002《金属材料 室温拉伸试验方法》发布前的旧标准引用符号。二、设备及试样1、 电液伺服万能试验机（自行改造） 。2、 0.02mm 游标卡尺。3、 低碳钢圆形横截面比例长试样一根。把原始标距段 L0 十等分，并刻画出圆周等分线。4、 铸铁圆形横截面非比例试样一根。注：GB/T228-2002 规定，拉伸试样分比例试样和非比例试样两种。比例试样的原始标 S0 。比例系数 k 取 5.65 时称为短比例试样，k 取 11.3 时称为长比例试样，国际上使用的比例系数 k 取 5.65。非比例试样 L 0 与 S 0 无关。距 L 0 与原始横截面积 S 0 的关系满足 L 0 ? k三、实验原理及方法低碳钢是指含碳量在 0.3％以下的碳素钢。这类钢材在工程中使用较广，在拉伸时表现 出的力学性能也最为典型。F（ 轴 向 拉 力 ） C D B初始瞬时效应A A'F eLF eHFmOΔ L（ 标 距 段 伸 长 量 ）低碳钢拉伸图（F―Δ L 曲线） 以轴向力 F 为纵坐标，标距段伸长量Δ L 为横坐标，所绘出的试验曲线图称为拉伸图， 即 F―Δ L 曲线。低碳钢的拉伸图如上图所示，FeL 为下屈服强度对应的轴向力，FeH 为上屈 服强度对应的轴向力，Fm 为最大轴向力。F―Δ L 曲线与试样的尺寸有关。为了消除试样尺寸的影响，把轴向力 F 除以试样横截 面的原始面积 S0 就得到了名义应力，也叫工程应力，用σ 表示。同样，试样在标距段的伸 长Δ L 除以试样的原始标距ＬO 得到名义应变，也叫工程应变，用ε 表示。σ ―ε 曲线与 F ―Δ L 曲线形状相似，但消除了儿何尺寸的影响，因此代表了材料本质属性，即材料的本构 关系。σ (工 程 应 力 ） c d b初始瞬时效应a a'R eLR eHRmoε (工 程 应 变 )低碳钢应力―应变图（σ ―ε 曲线） 典型低碳钢的拉伸σ ―ε 曲线，如上图所示，可明显分为四个阶段（1）弹性阶段 oa’：在此阶段试样的变形是弹性的，如果在这一阶段终止拉伸并卸载， 试样仍恢复到原先的尺寸， 试验曲线将沿着拉伸曲线回到初始点， 表明试样没有任何残余变 形。习惯上认为材料在弹性范围内服从虎克定律，其应力、应变为正比关系，即 ? ? E ? 式中比例系数 E 代表直线的斜率，称为材料的弹性模量，其常用单位为 GPa。它是代表材 料发生弹性变形的主要性能参数。E 的大小反映材料抵抗弹性变形的一种能力，代表了材料 的刚度。此外，材料在发生杆的轴向伸长的同时还发生横向收缩。反映横向变形的横向应变 ε ＇与ε 之比的绝对值μ 称为材料的泊松比。它是代表材料弹性变形的另一个性能参数。（2）屈服阶段 ab：在超过弹性阶段后出现明显的屈服过程，即曲线沿一水平段上下波 动，即应力增加很少，变形快速增加。这表明材料在此载荷作用下，宏观上表现为暂时丧失 抵抗继续变形的能力， 微观上表现为材料内部结构发生急剧变化。从微观结构解释这一现象， 是由于构成金属晶体材料结构晶格间的位错， 在外力作用下发生有规律的移动造成的。如果 0 试样表面足够光滑、材料杂质含量少，可以清楚地看出试样表面有 45 方向的滑移线。根据 GB/T228－2002 标准规定，试样发生屈服而力首次下降前的最大应力称为上屈服 强度， “ReH” 在屈服期间， 记为 ； 不计初始瞬时效应时的最低应力称为下屈服强度， “ReL” 记为 ， 若试样发生屈服而力首次下降的最小应力是屈服期间的最小应力时， 该最小应力称为初始瞬 时效应，不作为下屈服强度。通常把试验测定的下屈服强度 ReL 作为材料的屈服极限σ S， S 是材料开始进入塑性的 σ 标志。不同的塑性材料其屈服阶段的曲线类型有所不同，其屈服强度按 GB/T228-2002 规定 确定。结构、零件的外加载荷一旦超过这个应力，就可以认为这一结构或零件会因为过量变 形而失效。因此，强度设计中常以屈服极限σ S 作为确定许可应力的基础。由于材料在这一 阶段已经发生过量变形，必然残留不可恢复的变形（塑性变形） ，因此，从屈服阶段开始， 材料的变形就包含弹性和塑性两部分。（3）强化阶段 bc：屈服阶段结束后，σ ―ε 曲线又出现上升现象，说明材料恢复了对 继续变形的抵抗能力，材料若要继续变形必须施加足够的载荷。如果在这一阶段卸载，弹性 变形将随之消失，而塑性变形将永远保留。强化阶段的卸载路径与弹性阶段平行。卸载后若 重新加载，材料的弹性阶段线将加长、屈服强度明显提高，塑性将降低。这种现象称作应变 强化或冷作硬化。冷作硬化是金属材料极为宝贵的性质之一。塑性变形与应变强化二者结合， 是工厂强化金属的重要手段。例如：喷丸、挤压，冷拔等工艺，就是利用材料的冷作硬化来 提高材料的强度。强化阶段的塑性变形是沿轴向均匀分布的。随塑性变形的增长，试样表面 的滑移线亦愈趋明显。σ ―ε 曲线的应力峰值 Rm 为材料的强度极限σ b。对低碳钢来说σ b 是材料均匀塑性变形的最大抵抗能力，也是材料进入颈缩阶段的标志。（4）颈缩阶段 cd：应力到达强度极限后，开始在试样最薄弱处出现局部变形，从而导 致试样局部截面急剧颈缩，承载面积迅速减少，试样承受的载荷很快下降，直至断裂。断裂 时，试样的弹性变形消失，塑性变形则遗留在断裂的试样上。塑性材料和脆性材料的拉伸曲线存在很大差异。低碳钢和铸铁是工程材料中最具典型意 义的两种材料，前者为塑性材料，后者为脆性材料。观察它们在拉伸过程中的变形和破坏特 征有助于正确、合理地认识和选用材料。根据试验机绘制的拉伸 F―Δ L 曲线确定低碳钢的 ? s 、 ? b 和铸铁的 ? b 。（1）原始横截面面积（S0）的测定：圆形横截面试样，应分别在标距内两端及中部测 量直径。测量某处的直径时，应在该处测量两个互垂方向的直径，取其算术平均值。原始横 截面面积 S0 取三处测得的最小直径计算，并至少保留 4 位有效数字。（2）强度指标（ ? s 、? b ）的测定：从低碳钢的 F―Δ L 曲线读取试样的 FeL 和 Fm 值， 将其分别除以试样的原始横截面面积 S0 得低碳钢的屈服强度 ? s 和抗拉强度 ? b ； 从铸铁的 F ―Δ L 曲线读取试样的 Fm 值，将其除以试样的原始横截面面积 S0 得铸铁抗拉强度 ? b ； 根据拉断后低碳钢试样的断口直径及标距段长度确定 A11.3 和 Z （1）原始标距 L0 的标记：低碳钢拉伸试样的标距段原始长度为 100mm，分十等分， 用划线机划细的圆周线作为标记。（2）低碳钢断面收缩率 Z 的测定：断裂后试样横截面的最大缩减量 S0－Su 与原始横截 面面积 S0 之比的百分率为断面收缩率。测量时将试样断裂部分仔细地配接在一起，使其轴线处于同一直线上。测量圆形横截 面缩颈处的最小直径计算缩颈后的试样最小横截面面积 Su。（3）低碳钢断后伸长率 A11.3 的测定：断后标距的残余伸长 Lu－L0 与原始标距 L0 之比 的百分率为断后伸长率。对于比例试样，若原始标距不为 5 . 65 S 0 ，则符号 A 应附下标注 明所使用的比例系数，例如 A11.3 表示原始标距 L0 为 11 . 3 S 0 的试样断后伸长率。测量时将试样断裂部分仔细地配接在一起，应使试样二段的轴线处于同一直线上，并 且断裂部分适当接触。当断裂处与最接近的标距标记的距离不小于原始标距的三分之一时， 标距段长度 Lu 按要求配接后直接测量，否则应按下述移位方法测量 Lu。试验前将原始标距 L0 细分为 N 等分，把每一等分的细圆周线称为标距等分标记 试验后，以符号 X 表示断裂后试样短的一段距离试样夹持部的标距等分标记，以 符号 Y 表示断裂试样长的一段的标距等分标记，要求 Y 与断裂处的距离最接近 X 与断裂处 的距离，X 与 Y 之间的标距等分格数为 n。若 N－n 为偶数，以符号 Z 表示断裂试样长的一段的标距等分标记，要求 Z 与 Y 的标 距等分格数为N ?n 2。分别测量 X 与 Y 之间的距离记为 XY、Y 与 Z 之间的距离记为 YZ，则试样断后的标距段长度 Lu＝XY＋2YZ，如下图（a）所示。若 N－n 为奇数，以符号 Z’ 和 Z’’表示断裂试样长的一段的标距等分标记，要求 Z’与 Y 的标距等分格数为N ? n －1 2，Z’与 Z’’的标距等分格数为 1。分别测量 X 与 Y 之间的距离记为 XY、Y 与 Z’之间的距离记为 Y Z’、Z’与 Z’’之间的距离记为 Z’ Z’’，则试样断后的标距段 长度 Lu＝XY＋2Y Z’ ＋Z’ Z’’，如下图（b）所示。Nn X YN-n 2 Z(a)Nn X YN-n-1 2 Z'1 Z”(b)四、实验步骤1、 按要求测量试样的原始横截面面积 S0。低碳钢标距段原始长度不用测量，为 100mm。铸铁不定标距，不用测量。2、 按要求装夹试样（先选其中一根） ，并保持上下对中。3、 按指导老师要求选择“试验方案” →“新建实验” → “金属圆棒拉伸实验”进行试 验，详细操作要求见电液伺服万能试验机使用说明。4、 试样拉断后拆下试样，重新调整试验机活动台的合理高度（一般为 10mm） ，按要求装夹 另一根试样，选择“继续实验” 进行第二根试样的拉伸试验。5、 第二根试样拉断后拆下试样，根据电液伺服万能试验机使用说明把两根试样的 F―Δ L 曲线添加不同的颜色一起显示在微机显示屏上。从低碳钢的 F―Δ L 曲线上读取 FeL、Fm 值，从铸铁的 F―Δ L 曲线上读取 Fm 值。并比较两条曲线的特征。6、 测量低碳钢拉断后的断口最小横截面面积 Su。7、 根据低碳钢断口的位置选择直接测量或移位方法测量标距段长度 Lu。8、 比较低碳钢和铸铁的断口特征。9、 试验机复原。五、实验数据及处理要求1、试样直径的测量与测量工具的精度保持一致。2、横截面面积的计算值取 4 位有效数字。3、拉伸力学性能指标的数值确定应保留计算过程，最终结果值按下表要求修约。性能名称 屈服强度和抗拉强度 断后伸长率 断面收缩率 范围 ≤200MPa ＞200～1000MPa ＞1000MPa 修约间隔 1MPa 5MPa 10MPa 0.5％ 0.5％六、思考题1、为什么在实验前需要测试件原始尺寸，包括哪些数据，如何测？ 2、如果试件直径为 10mm ,按标准短比例试件要求，标距应定为多少？ 3、哪种材料需要在试件拉断后测量试件尺寸？ 4、铸铁拉伸变形为什么没有屈服、强化及缩颈等阶段？ 5、 测定材料屈服强度的意义？哪些材料需要测定屈服强度？ 6、 应变强化是哪类材料的特点，发生在拉伸过程的哪个阶段，有何作用和意义？
【材料力学拉伸实验报告】实验一钢筋和铸铁拉伸试验本试验依据中华人民共和国国家标准《金属拉伸试验方法》GB228－87 进行。工程 材料的重要力学性能指标如屈服点（ σ s ，或 σ su 、 σ sl ） 、规定非比例伸长应力 σ p 0.2 、强 度极限 σ b 、弹性模量 E 、泊桑比 ? 、延伸率 δ 和断面收缩率 ψ 等，都是通过试验获得的。这些力学性能指标在整个材料力学的强度计算中几乎都要用到，而且工程设计中所选用 的材料力学性能指标，大都是以拉伸试验为主要依据的。本次试验选用建筑钢筋和铸铁 分别进行拉伸试验，以便认识塑性材料和脆性材料的力学性能和它们之间的差异。一、试验目的（1） 测定钢筋的屈服极限 σ s ，强度极限 σ b ，延伸率 δ 5 和 δ 10 。（2） 测定铸铁的 σ b 和 δ 10 。（3） 观察钢筋、 铸铁在拉伸过程中所出现的变形现象， 分析力、 位移曲线， P ? ?l 即 图的特性。（4） 观察断口特征，分析破坏原因。（5） 观察分析钢筋经过冷拉拔后拉伸试验曲线的特点。二、 仪器设备与工具（1）电子万能试验机（包括计算机、打印机） ，或其他类型的万能试验机、拉力试 验机。（2）卡尺、电子引伸计等。三、试件制备与安装试验的结果表明，试件的尺寸和形状对试验的结果有影响。因此，在进行材料的拉 伸试验时，所用的试件必须按有关的规定制作。这样，试验所得的结果才具有可比性。国家标准《金属拉伸试验试样》GB6397－86 对圆形、矩形、管形和弧形等各种拉伸试件 的制备作了统一的规定。其中比例试件须满足以下关系：l 0 = k A0（3－1）式中 l 0 为试件标距，用于测量拉伸变形； A0 为标距部分的横截面积； k 为系数，通 常取 5.65 或 11.3。当试件为圆截面时，则：k π d0 （3－2） 2 对应于 k = 5.65 或 k = 11.3， l 0 分别等于 5d 0 和 10d 0 ，前者称为短试件，后者称为长试件。l0 =国标规定如下其中 R1~8 及 R01~08 圆形比例试样形状尺寸见图 3－1 和表 3－1， 9~16 及铸造试样， R 形60r状和尺寸图与图 3－1（b）相同，其中 R16 试样的尺寸为 d 0 = 10mm ， l 0 = 5d 0 或 10d 0 ，l = l0 + d 0 。（a）r0.8l0 l（b） 图 3－1 拉伸试件表 3－1 一般尺寸 r（最小） d0 单、双肩 25 20 15 10 8 6 5 3 5 5 4 4 3 3 3 2 螺纹 12.5 10 7.5 5 4 3.5 3.5 2 R1 R2 R3 R4 5d0 R5 R6 R7 R8 l0+d0 R05 R06 R07 R08 R01 R02 R03 R04 10d0 l0+d0 试样号 l0 l 试样号 l0 l 短试样 短试样注：①试样头部形状与尺寸，分为单、双肩和螺纹形状，可根据试验机夹具、试样材质，自行设计 选用。单台试样头部直径一般为（ 1.5 ~ 2.0 ） d 0 。②如棒材直径大于 25mm，可采用全截面或取制尽可能大的圆形试样。61d0③如试样装卡时能正确对正中心，则棒材试样头部不须加工即可，否则应进行粗车。④对不经机加工的试样，根据要求亦可采用其他比例标距，如 l 0 为 4d 0 、 8d 0 或其他定标距。⑤管材纵、横向圆形比例试样，亦可根据管材壁厚或有关标准，从 R1~8 中选用。试件的安装有多种形式，它与试件制作时两个端头的形式相适配，如螺纹接法，带 肩套筒接法，楔块夹紧法等。本次试验采用楔块夹紧法，见图 3－2。123 1－夹头；2－楔块；3－试件图 3－2试件夹紧装置四、 试验原理及方法1． 钢筋拉伸试验 ． 钢筋是建筑工程中广泛使用的材料，测定其拉伸时的力学性能如屈服极限 σ s （ σ su 、σ sl ） 、强度极限 σ b 、延伸率 δ 5 或 δ 10 是工程设计、工程施工质量监测检验必不可少的。钢筋有许多品种，其中Ⅰ级钢筋强度等级代号为 R235，是用碳 素结构钢 Q235 热轧而成的光圆钢筋，属于低碳钢 （含碳量小于 0.25%为低碳钢，在 0.25%~0.60%的 为中碳钢，大于 0.60%的为高碳钢） 。Ⅰ级钢筋的 拉伸曲线图即载荷 P 与变形 ?l = l ? l 0 的关系图如 图 3－3 所示。从图中可看出，钢筋拉伸过程可分为以下 4 个阶段（1）弹性阶段。在弹性阶段，即图 3－3 中的 OA 段，变形 ?l 很小。在比例极限范围内，载荷 P 与变 形 ?l 成线性关系，即?l = l0 P EA0O l PA B C D图 3－3钢筋拉伸（3－3）式中 E 为拉伸弹性模量， 0 为试件的横截面积。A 未经加工的钢筋可用公称直径计算 A0 （公 称横截面积）或用质量法求出 A0 = （2）屈服阶段。62m 。ρl在弹性阶段之后， P ? ?l 曲线出现锯齿状，见图 3－3 的 AB 段，变形 ?l 在增加，而 载荷 P 却在波动或保持不变，这个阶段就是钢筋材料的屈服阶段。对于表面磨光的试件， 在屈服时可以看到试件表面出现与轴线大致成 45 o 倾角的条纹。由此可见，屈服是由剪应 力引起的。45 o 斜截面上剪应力最大，它使试件沿该面产生滑移，从而产生屈服阶段的P ? ?l 曲线。图 3－4 展示了屈服阶段的几种情形，以及 Psu 、 Psl 、 Ps 的识别方法。PPsu Psl初始瞬时效应PP su P sl初始瞬时效应PPsu Psl初始瞬时效应OP su P sllOlOlP su P slPsOlO图 3－4l屈服阶段的 P ? ?l 曲线Ol根据图 3－4，在 P ? ?l 曲线上确定屈服阶段首次下降之前的最大力 Psu ，不计初始瞬 时效应的多个波动中的最小力 Psl ，或恒定不变的力 Ps ，然后按下式计算屈服点、上屈服 点和下屈服点。σs = σ su = σ sl =Ps A0（3－4） （3－5） （3－6）Psu A0 Psl A0在这里顺便指出，对于无明显屈服现象的金属材料，应按国家标准 GB228－87，测 定其规定非比例伸长应力 σ p 0.2 ，或规定残余伸长应力 σ r 0.2 。（3） 强化阶段。屈服阶段过后，试件恢复承载能力，需要增大载荷才能使试件的变形增大，见图 3 －3 中的 BC 段，这一阶段被称为强化阶段。（4） 颈缩阶段。载荷在达到最大值 Pb 后，试件某一局部地方横截面积明显缩小，出现“颈缩”现象。63这时的载荷在迅速下降， 接着试件被拉断， 以试件初始横截面积 A0 去除 Pb ， 得强度极限：σb =Pb A0（3－7）把图 3－3 的纵横坐标 P 和 ?l 分别除以 A0 和 l 0 ，便得出 σ ~ ε 曲线如图 3－5 所示。在试件发生颈缩的时候，虽然荷载 P 在下降，但 试件颈缩处的横截面积以更快的速度在缩小，所以真 正应力 σ t = P / A 仍然在上升，直至试件拉断为止。或 者说，颈缩时横截面积 A 减少的速度大于应力 σ t 上升 的速度，导致 P = σ t ? A 下降。计算断后伸长率的公式为：δ=l1 ? l 0 × 100% l0Oε应力―应变曲线图 3－5（3－8）式中 l 0 是标距原长度， l1 是拉断的试件在紧密对接后直接量出的或经断口移中后量出的 标距长度。短、长比例的试件拉断后伸长率分别以 δ 5 和 δ 10 表示。定标距试样拉断后的伸长率应 附以该标距数值的角注，例如l 0 = 100mm 或 200mm ，则分别以符号 δ 100 或 δ 200 表示。由于断口附近的塑性变形大，所以直接量测 l1 时所得的结果与断口所在的位置有关。如断口发生在标距端点上，或端点以外，或机械刻划标记上，则试验无效，应重做。若 断口距标距的一端的距离≤ l 0 ，则采用断口移中法测定 l1 ，见图 3－6，做法如下：断后伸长率（%） 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 101 3（a）AOBCC1（b）AO 图 3－6BC断口移中法示意在拉断后的长段试件上，从断口起，取基本等于短段的格数得 B 点，如长段所余格64数为偶数，见图 3－6（b） ，取其一半得 C 点，移位后， l1 = AB+2BC 加 1 的一半得 C1 点，移位后，l1 = AB+BC+BC1（3－9）如长段所余格数为奇数，见图 3－6（a） ，则取所余格数减 1 的一半得 C，所余格数（3－10）拉伸试验断面的收缩率为：ψ=A0 ? A1 × 100% A0（3－11）式中 A1 为试件拉断后，断口处的最小横截面积。由于断口不是的圆形，应在两个互 相垂直的方向上量取最小直径，以其平均值计算 A1 。2． 铸铁拉伸试验 铸铁的拉伸图见图 3－7（a） 。可以看出，铸铁在拉伸过程中没有屈服现象，直线段 也不显著。载荷达到最大值时，试件突然断裂，没有颈缩现象。它的延伸率远小于钢筋 的延伸率。以上就是钢筋（塑性材料）和铸铁（脆性材料）的一部分不同之处。它们的 断口见图 3－7（b） 。P剪切唇Ol铸铁 （a） 图 3－7 （b） 铸铁拉伸曲线及拉伸试件断口钢筋五、 试验步骤1． 钢筋拉伸试验 （1） 用钢筋的公称直径 do 计算面积 A0 ，或用质量法求出 A0 。标距内分格采用色笔 画出，不伤试件。（2） 调整试验机两夹头间位置。（3） 安装试件：将试件上端夹紧，下端暂不夹紧，试件荷载为零。（4） 进行试验机、计算机设置：选择适当加载速度，输入材料、直径等参数，设置 力、位移、变形的量程，并将它们初读数置零（清零） 。接着，输入试验文件名。（5） 把试件下端夹紧，点击计算机屏幕上的向下图标，开始拉伸试验。（6） 观察屈服现象，确定屈服极限荷载（ Psu ， Psl 或 Ps ） 。（7） 观察强化过程及颈缩现象。65（8） 试件拉断后，打印试验结果（包括 Pb , σ b 等）及荷载―位移曲线。（9） 拆卸试件，测量拉断后标距的长度 l1 （需要时，采用断口移中法）和断口处的 最小截面积 A1 。计算断后伸长率和断面收缩率。2． 钢筋冷拉试验 由于 WD－200B 电子万能试验机在卸荷时计算机的数据采集系统会自动结束工作， 因此钢筋第 1 次拉伸时的曲线和卸载后的第 2 次拉伸曲线不能画在同一个图上。至于试 验的步骤，则与钢筋拉伸试验的步骤大致相同。操作如下（1） 钢筋拉伸至强化阶段，在颈缩之前，卸去荷载，打印试验曲线。（2） 更换试验文件名，操作同前面的一样。试验机和计算机的设置与前面的相同， 对已冷拉过的钢筋再作拉伸试验，直至颈缩断裂，然后打印试验曲线。（3） 比较和分析钢筋试验所打印的 3 张图。显然经过冷拉后，钢筋的弹性极限提高 了。3． 铸铁拉伸试验 ． （1） 测定试件的直径，标距内用色笔画上分格线。（2） 调整试验机夹头位置，装夹试件，试件上端夹紧，下端放松，试件不受荷载作 用。（3） 选定加载速度，设置有关试验量程、材料、直径等参数，并将力、位移、变形 等参数置零，然后输入试验文件名。（4） 将试件下端夹紧，点击向下图标，开始试验，直至拉断，打印试验结果（ Pb , σ b 等）以及荷载―位移曲线。（5） 取下试件，测取拉断后试件标距的长度 l1 。（6） 清理现场，结束试验。六、试验记录表格以下给出本次试验的记录表格，供参考。表 3－1 试验前 原标距 l0 ( mm) 公称直径 d 0 ( mm) 公称截面积 A0 ( mm 2 ) 或用质量法求 A0 = 钢筋拉伸试验记录 试验后 拉断后 l1 (mm) 颈缩最小处平均直径 ( mm) 颈缩最小处截面积 ( mm 2 )mρl( mm 2 )66表 3－2 上屈服载荷 Psu (kN )试验过程数据记录 最大载荷 Pb (kN ) 备注下屈服载荷 Psl ( kN )表 3－3 试验前 原标距 l 0 (mm) 上 平均直径 中铸铁拉伸试验记录 试验后 拉断后标距 l1 (mm) 断裂处最 小直径 1 2 平均d 0 ( mm)下 原始截面积d 1 (mm)A0 ( mm 2 )最小值断裂处截面积 A1 ( mm 2 )七、实验数据处理实验测试数据的误差是不可避免的。在对实测数据进行计算时应取到适当的几位有 效数字，位数太多没有实际意义，位数太少将损失精确度。根据国家标准 GB228－87， 有关数据修约如下（1） 试件原始横截面积的计算值应修约到 3 位有效数字。（2） 比例试件原始标距的计算值，短比例试件应修约到最接近 5mm 的倍数，长比 例试件应修约到最接近 10mm 倍数。如为中间值，则向较大一方修约。（3） 试件原始标距应精确到标称标距的 ±0.5% 。（4） 材料性能数据修约见表 3－4。表 3－4 测试项目 范围 材料性能修约 修约到σ p ,σ t ,σ r≤ 200MPa& 200 ~ 1 000MPa1MPa 5MPa 10MPa 0.5%σ s , σ su , σ sl σb δ& 1 000MPa≤ 10%& 10%1.0%0.5% 1.0%ψ≤ 25%& 25%八、 讨论问题67（1） 钢筋和铸铁在承受拉力作用时，力学性能有何不同？ （2） 根据碳钢和铸铁拉伸试件的断口特征，分析其破坏的原因。（3） 低碳钢材料的 δ 5 和 δ 10 ，哪一个大？为什么？68