金屬拉伸實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、金屬拉伸實(shí)驗(yàn)報(bào)告【實(shí)驗(yàn)?zāi)康谩?、測(cè)定低碳鋼得屈服強(qiáng)度 R h 、 ReL 及 R 、抗拉強(qiáng)度 Rm 、斷后伸長(zhǎng)率 A 與斷面收縮率 。2、測(cè)定鑄鐵得抗拉強(qiáng)度Rm與斷后伸長(zhǎng)率 A。3、觀察并分析兩種材料在拉伸過(guò)程中得各種現(xiàn)象（包括屈服、強(qiáng)化、冷作硬化與頸縮等現(xiàn)象），并繪制拉伸圖。4、比較低碳鋼（塑性材料）與鑄鐵( 脆性材料）拉伸機(jī)械性能得特點(diǎn)。【實(shí)驗(yàn)設(shè)備與器材】1、電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)WD-200型2、游標(biāo)卡尺3、電子引伸計(jì)【實(shí)驗(yàn)原理概述】為了便于比較實(shí)驗(yàn)結(jié)果 , 按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) G2 7中得有關(guān)規(guī)定 , 實(shí)驗(yàn)材料要按上述標(biāo)準(zhǔn)做成比例試件 , 即： ? 圓形截面試件 : 0 =1 0 ( 長(zhǎng)試件） ? 式

2、中 : L 0 - 試件得初始計(jì)算長(zhǎng)度 ( 即試件得標(biāo)距 ) ； ? - 試件得初始截面面積； ? d - 試件在標(biāo)距內(nèi)得初始直徑 ? 實(shí)驗(yàn)室里使用得金屬拉伸試件通常制成標(biāo)準(zhǔn)圓形截面試件 , 如圖 1 所示圖 1 拉伸試件將試樣安裝在試驗(yàn)機(jī)得夾頭中 , 然后開(kāi)動(dòng)試驗(yàn)機(jī) , 使試樣受到緩慢增加得拉力（應(yīng)根據(jù)材料性能與試驗(yàn)?zāi)康么_定拉伸速度 ) ，直到拉斷為止 , 并利用試驗(yàn)機(jī)得自動(dòng)繪圖裝置繪出材料得拉伸圖 （圖 22 所示）。應(yīng)當(dāng)指出，試驗(yàn)機(jī)自動(dòng)繪圖裝置繪出得拉伸變形 L 主要就是整個(gè)試樣（不只就是標(biāo)距部分 ) 得伸長(zhǎng)，還包括機(jī)器得彈性變形與試樣在夾頭中得滑動(dòng)等因素。由于試樣開(kāi)始受力時(shí), 頭部在夾

3、(a) 低碳鋼拉伸曲線圖(b)鑄鐵拉伸曲線圖圖 2 2由試驗(yàn)機(jī)繪圖裝置繪出得拉伸曲線圖頭內(nèi)得滑動(dòng)較大，故繪出得拉伸圖最初一段就是曲線。、低碳鋼（典型得塑性材料)當(dāng)拉力較小時(shí)，試樣伸長(zhǎng)量與力成正比增加, 保持直線關(guān)系 , 拉力超過(guò)F后拉伸曲線將由直變曲。 保持直線關(guān)系得最大拉力就就是材料比例極限得力值FP 在 P 得上方附近有一點(diǎn)就是 c , 若拉力小于 F 而卸載時(shí)，卸載后試樣立刻恢復(fù)原狀 , 若拉力大于 Fc 后再卸載，則試件只能部分恢復(fù) , 保留得殘余變形即為塑性變形 , 因而 就是代表材料彈性極限得力值。當(dāng)拉力增加到一定程度時(shí)，試驗(yàn)機(jī)得示力指針 ( 主動(dòng)針 ) 開(kāi)始擺動(dòng)或停止不動(dòng)，拉伸圖

4、上出現(xiàn)鋸齒狀或平臺(tái) , 這說(shuō)明此時(shí)試樣所受得拉力幾乎不變但變形卻在繼續(xù) , 這種現(xiàn)象稱為材料得屈服。低碳鋼得屈服階段常呈鋸齒狀, 其上屈服點(diǎn)B受變形速度及試樣形式等因素得影響較大，而下屈服點(diǎn) B 則比較穩(wěn)定（因此工程上常以其下屈服點(diǎn) B 所對(duì)應(yīng)得力值 FeL 作為材料屈服時(shí)得力值 ) 。確定屈服力值時(shí) , 必須注意觀察讀數(shù)表盤上測(cè)力指針得轉(zhuǎn)動(dòng)情況 , 讀取測(cè)力度盤指針首次回轉(zhuǎn)前指示得最大力 FeH（上屈服荷載 ) 與不計(jì)初瞬時(shí)效應(yīng)時(shí)屈服階段中得最小力 F L（下屈服荷載 ) 或首次停止轉(zhuǎn)動(dòng)指示得恒定力FeL（下屈服荷載 ), 將其分別除以試樣得原始橫截面積 ( ）便可得到上屈服強(qiáng)度 Re 與下

5、屈服強(qiáng)度e 。即eH=F /0R= F/ S0eHe LeL屈服階段過(guò)后 , 雖然變形仍繼續(xù)增大 , 但力值也隨之增加 , 拉伸曲線又繼續(xù)上升，這說(shuō)明材料又恢復(fù)了抵抗變形得能力， 這種現(xiàn)象稱為材料得強(qiáng)化。在強(qiáng)化階段內(nèi)， 試樣得變形主要就是塑性變形，比彈性階段內(nèi)試樣得變形大得多 , 在達(dá)圖 2 3 低碳鋼得冷作硬化到最大力 F 之前 , 試樣標(biāo)距范圍內(nèi)得變形就是均勻得，拉伸曲線就是一段平緩上升得曲線 , 這時(shí)可明顯地瞧到整個(gè)試樣得橫向尺寸在縮小此最大力 F 為材料得抗拉強(qiáng)度力值 , 由公式 Rm=Fm/ S0 即可得到材料得抗拉強(qiáng)度 Rm。如果在材料得強(qiáng)化階段內(nèi)卸載后再加載，直到試樣拉斷 , 則

6、所得到得曲線如圖 23 所示。卸載時(shí)曲線并不沿原拉伸曲線卸回 , 而就是沿近乎平行于彈性階段得直線卸回 , 這說(shuō)明卸載前試樣中除了有塑性變形外，還有一部分彈性變形；卸載后再繼續(xù)加載 , 曲線幾乎沿卸載路徑變化, 然后繼續(xù)強(qiáng)化變形 , 就像沒(méi)有卸載一樣 , 這種現(xiàn)象稱為 材料得冷作硬化 。顯然 , 冷作硬化提高了材料得比例極限與屈服極限，但材料得塑性卻相應(yīng)降低。當(dāng)荷載達(dá)到最大力 后，示力指針由最大力 Fm 緩慢回轉(zhuǎn)時(shí) , 試樣上某一部位開(kāi)始產(chǎn)生局部伸長(zhǎng)與頸縮 , 在頸縮發(fā)生部位 , 橫截面面積急劇縮小 , 繼續(xù)拉伸所需得力也迅速減小 , 拉伸曲線開(kāi)始下降 , 直至試樣斷裂。此時(shí)通過(guò)測(cè)量試樣斷裂后

7、得標(biāo)距長(zhǎng)度 與斷口處最小直徑 du , 計(jì)算斷后最小截面積（ Su), 由計(jì)算公式、即可得到試樣得斷后伸長(zhǎng)率與斷面收縮率 Z.2、鑄鐵 ( 典型得脆性材料）脆性材料就是指斷后伸長(zhǎng)率 A 5% 得材料 , 其從開(kāi)始承受拉力直至試樣被拉斷 , 變形都很小。而且 , 大多數(shù)脆性材料在拉伸時(shí)得應(yīng)力 - 應(yīng)變曲線上都沒(méi)有明顯得直線段 , 幾乎沒(méi)有塑性變形，也不會(huì)出現(xiàn)屈服與頸縮等現(xiàn)象 ( 如圖 22b 所示 ) ，只有斷裂時(shí)得應(yīng)力值 - 強(qiáng)度極限。鑄鐵試樣在承受拉力、變形極小時(shí)，就達(dá)到最大力Fm而突然發(fā)生斷裂 , 其抗拉強(qiáng)度也遠(yuǎn)小于低碳鋼得抗拉強(qiáng)度 . 同樣，由公式 =Fm/ 0 即可得到其抗拉強(qiáng)度 R

8、, 而由公式 則可求得其斷后伸長(zhǎng)率 A.【實(shí)驗(yàn)步驟】一、低碳鋼拉伸試驗(yàn)1、試樣準(zhǔn)備 ：為了便于觀察標(biāo)距范圍內(nèi)沿軸向得變形情況 , 用試樣分劃器或標(biāo)距儀在試樣標(biāo)距 L0 范圍內(nèi)每隔 mm刻劃一標(biāo)記點(diǎn) ( 注意標(biāo)記刻劃不應(yīng)影響試樣斷裂 ) ，將試樣得標(biāo)距段分成十等份 .用游標(biāo)卡尺測(cè)量標(biāo)距兩端與中間三個(gè)橫截面處得直徑 , 在每一橫截面處沿相互垂直得兩個(gè)方向各測(cè)一次取其平均值 , 用三個(gè)平均值中最小者計(jì)算試樣得原始橫截面積 S0( 計(jì)算時(shí) S0 應(yīng)至少保留四位有效數(shù)字 ) 。2、試驗(yàn)機(jī)準(zhǔn)備 :根據(jù)低碳鋼得抗拉強(qiáng)度Rm與試樣得原始橫截面積S0 估計(jì)試驗(yàn)所需得最大荷載 , 并據(jù)此選擇合適得量程， 配上相應(yīng)

9、得砝碼砣 , 做好試驗(yàn)機(jī)得調(diào)零 ( 注意 : 應(yīng)消除試驗(yàn)機(jī)工作平臺(tái)得自重 ) 、安裝繪圖紙筆等準(zhǔn)備工作。3、裝夾試樣 :先將試樣安裝在試驗(yàn)機(jī)得上夾頭內(nèi), 再移動(dòng)試驗(yàn)機(jī)得下夾頭（或工作平臺(tái)、或試驗(yàn)機(jī)橫梁 ) 使其達(dá)到適當(dāng)位置 , 并把試樣下端夾緊 ( 注意：應(yīng)盡量將試樣得夾持段全部夾在夾頭內(nèi)， 并且上下要對(duì)稱。 完成此步操作時(shí)切忌在裝夾試樣時(shí)對(duì)試樣加上了荷載）。4、裝載電子引伸計(jì) :將電子引伸計(jì)裝載在低碳鋼試樣上, 注意電子引伸計(jì)要在比例極限處卸載。5、進(jìn)行試驗(yàn)：開(kāi)動(dòng)試驗(yàn)機(jī)使之緩慢勻速加載( 依據(jù)規(guī)范要求，在屈服前以660 MP /s 得速率加載 ), 并注意觀察示力指針得轉(zhuǎn)動(dòng)、自動(dòng)繪圖得情況與

10、相應(yīng)得試驗(yàn)現(xiàn)象 . 當(dāng)主動(dòng)針不動(dòng)或倒退時(shí)說(shuō)明材料開(kāi)始屈服 , 記錄上屈服點(diǎn) Fe（主動(dòng)針首次回轉(zhuǎn)前得最大力 ) 與下屈服點(diǎn) FeL( 屈服過(guò)程中不計(jì)初始瞬時(shí)效應(yīng)時(shí)得最小力或主動(dòng)針首次停止轉(zhuǎn)動(dòng)得恒定力 ) ，具體情況如圖 24 所示 ( 說(shuō)明 : 前所給出得加載速率就是國(guó)標(biāo)中規(guī)定得測(cè)定上屈服點(diǎn)時(shí)應(yīng)采用得速率，在測(cè)定下屈服點(diǎn)時(shí) , 平行長(zhǎng)度內(nèi)得應(yīng)變速率應(yīng)在 0、00025 0、 025s之間 , 并應(yīng)盡可能保持恒定。如果不能直接控制這一速率，則應(yīng)固定屈服開(kāi)始前得應(yīng)力速率直至屈服階段完成）.圖 2 4屈服荷載得確定根據(jù)國(guó)標(biāo)規(guī)定 , 材料屈服過(guò)后 , 試驗(yàn)機(jī)得速率應(yīng)使試樣平行長(zhǎng)度內(nèi)得應(yīng)變速率不超過(guò) 0

11、、008s。在此條件下繼續(xù)加載 , 并注意觀察主動(dòng)針得轉(zhuǎn)動(dòng)、自動(dòng)繪圖得情況與相應(yīng)得試驗(yàn)現(xiàn)象 ( 強(qiáng)化、冷作硬化與頸縮等現(xiàn)象在強(qiáng)化階段得任一位置卸載后再加載進(jìn)行冷作硬化現(xiàn)象得觀察；此后 , 待主動(dòng)針再次停止轉(zhuǎn)動(dòng)而緩慢回轉(zhuǎn)時(shí) , 材料進(jìn)入頸縮階段 ,注意觀察試樣得頸縮現(xiàn)象), 直至試樣斷裂停車。記錄所加得最大荷載Fm 從動(dòng)針最(后停留得位置 ) 。、試樣斷后尺寸測(cè)定 :取出試樣斷體，觀察斷口情況與位置。將試樣在斷裂處緊密對(duì)接在一起，并盡量使其軸線處于圖 25移位法測(cè)量 L同一直線上 , 測(cè)量斷后標(biāo)u距 Lu 與頸處得最小直徑 u（應(yīng)沿相互垂直得兩個(gè)方向各測(cè)一次取其平均值）, 計(jì)算斷后最小橫截面積S

12、。注意 : 在測(cè)定u 時(shí), 若斷口到最臨近標(biāo)距端點(diǎn)得距離不小于1/3 L0，則直接測(cè)量標(biāo)距兩端點(diǎn)得距離； 若斷口到最臨近標(biāo)距端點(diǎn)得距離小于1/ L, 則按圖5 所示得移位法測(cè)定： 符合圖 (a) 情況得 , uABC 符合圖(）情況得,L uA=+,= + C；若斷口非?？拷嚇觾啥?，而其到最臨近標(biāo)距端點(diǎn)得距離還不足兩等份，且測(cè)得得斷后伸長(zhǎng)率小于規(guī)定值 , 則試驗(yàn)結(jié)果無(wú)效，必須重做。此時(shí)應(yīng)檢查試樣得質(zhì)量與夾具得工作狀況 , 以判斷就是否屬于偶然情況。、歸整實(shí)驗(yàn)設(shè)備：取下繪記錄圖紙， 請(qǐng)教師檢查試驗(yàn)記錄， 經(jīng)認(rèn)可后清理試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)與所用儀器設(shè)備 , 并將所用得儀器設(shè)備全部恢復(fù)原狀二、鑄鐵拉伸試驗(yàn)1、

13、測(cè)量試樣原始尺寸：測(cè)量方法要求同前 , 但只用快干墨水或帶色涂料標(biāo)出兩標(biāo)距端點(diǎn) , 不用等分標(biāo)距段。、試驗(yàn)機(jī)準(zhǔn)備：（要求同前 ) 。3、安裝試樣 : ( 方法同前 ) 。4、檢查試驗(yàn)機(jī)工作就是否正常: ( 檢查同前 , 但勿需試車 ) 。5、進(jìn)行試驗(yàn) :開(kāi)動(dòng)試驗(yàn)機(jī)，保持試驗(yàn)機(jī)兩夾頭在力作用下得分離速率使試樣平行長(zhǎng)度內(nèi)得應(yīng)變速率不超過(guò)0、008/ 得條件下對(duì)試樣進(jìn)行緩慢加載, 直至試樣斷裂為止 . 停機(jī)并記錄最大力Fm。6、試樣斷后尺寸測(cè)定 :取出試樣斷體 , 觀察斷口情況。然后將試樣在斷裂處緊密對(duì)接在一起 , 并盡量使其軸線處于同一直線上 , 測(cè)量試樣斷后標(biāo)距 Lu（直接用游標(biāo)卡尺測(cè)量標(biāo)距兩端

14、點(diǎn)得距離 ) 。、歸整實(shí)驗(yàn)設(shè)備 :取下繪記錄圖紙 , 請(qǐng)教師檢查試驗(yàn)記錄，經(jīng)認(rèn)可后清理試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)與所用儀器設(shè)備 , 并將所使用得儀器設(shè)備全部復(fù)原。、結(jié)束試驗(yàn)【實(shí)驗(yàn)記錄】表 21、試樣原始尺寸直徑0原始橫截標(biāo)距/mm材料截面 I截面 I截面 III面面積 S0L0/mm22平均1平均1平均 mm1、 10、0 10、 00、低碳鋼100、 010、00 10、00010、00 10、00 10、00、 54鑄鐵100、 01、 1、 10、 0 0、 10、 10、 010、00 1、 10、 0、 540000表、試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄單位:K 材料上屈服荷載eH下屈服荷載 e屈服荷載最大荷載 Fm低碳

15、鋼8、562、 925、 935、87鑄鐵1、 2表 -3 、試樣斷后尺寸u斷后伸長(zhǎng)斷后縮頸處最小直徑u/m斷后最小橫截材 料標(biāo)距L/mLu L / 12平均面積 Su/m2低碳鋼10、02、 65、7005、7005、 02、 52鑄 鐵 0、010、0【數(shù)據(jù)處理】由實(shí)驗(yàn)報(bào)告機(jī)提供得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，有低碳鋼與鑄鐵上屈服強(qiáng)度 , 下屈服強(qiáng)度 , 抗拉強(qiáng)度，計(jì)算公式如下 :低碳鋼得上屈服強(qiáng)度 :低碳鋼得下屈服強(qiáng)度：低碳鋼得抗拉強(qiáng)度 :低碳鋼得斷后伸長(zhǎng)率：低碳鋼得斷面收縮率 :鑄鐵得抗拉強(qiáng)度 :鑄鐵得斷后伸長(zhǎng)率 :低碳鋼得端口發(fā)生在第五格與第六格之間 , 符合實(shí)驗(yàn)要求故實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理結(jié)果如下表：上屈服強(qiáng)度

16、下屈服強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度斷后伸長(zhǎng)率斷面收縮率材 料Re / aR L PaRm/GP/%/%低碳鋼0、 6360、300、564、667、 5鑄 鐵、18210、06繪制 - 簡(jiǎn)圖以及端口形狀斷口形狀 :【實(shí)驗(yàn)討論】1、什么叫比例試樣 ?它應(yīng)滿足什么條件 ?國(guó)家為什么要對(duì)試樣得形狀、 尺寸、公差與表面粗糙度等做出相應(yīng)得規(guī)定？答: 拉力試件分為比例試件與非比例試件。比例試件得標(biāo)距長(zhǎng)度與橫截面積之間具有如下關(guān)系:，常數(shù)通常為、5 與 11、 3,前者稱為短試件,后者稱為長(zhǎng)試件。所以，長(zhǎng)試件滿足,短試件滿足。因?yàn)?,試件得形狀、 尺寸、公差與表面粗糙度(不同 ),會(huì)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)（結(jié)果)產(chǎn)生影響得，因此要做出

17、規(guī)定得,使得檢測(cè)結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)化。2、參考試驗(yàn)機(jī)自動(dòng)繪圖儀繪出得拉伸圖，分析低碳鋼試樣從加力至斷裂得過(guò)程可分為哪幾個(gè)階段？相應(yīng)于每一階段得拉伸曲線各有什么特點(diǎn)?答: 主要分四個(gè)階段。第一個(gè)階段為彈性階段, 即 , 在拉伸得初始階段，拉伸與壓縮滿足正比例關(guān)系，這一段得拉伸曲線為直線。在這個(gè)階段卸除載荷, 材料可以恢復(fù)變形第二階段為屈服階段 , 在應(yīng)力增加到某一個(gè)值得時(shí)候 , 應(yīng)變有非常明顯得增大， 在曲線上表示為接近水平線得小鋸齒狀折線。 第三階段為強(qiáng)化階段， 即 , 過(guò)屈服階段后 , 材料又恢復(fù)了抵抗變形得能力 ,要使它繼續(xù)變形必須增大拉力, 在曲線上表示為緩慢上漲得弧線。第四階段為局部變形階段，此

18、時(shí)在試樣得某一局部范圍發(fā)生橫截面積迅速減小得現(xiàn)象, 此時(shí)拉力減小, 曲線表示為迅速下降 , 直至試樣被拉斷, 無(wú)拉力作用。3、為什么不顧試樣斷口得明顯縮小 ,仍以原始截面積 S0 計(jì)算低碳鋼得抗拉強(qiáng)度m 呢？答 : 因?yàn)橐愕镁褪强估瓘?qiáng)度?？s小得斷口處,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)與初始得材料已經(jīng)完全不同了,就是不能用以表證原材質(zhì)得。樣品得斷口要縮小 ,同樣得材料在相同得情況下也應(yīng)該縮小。這個(gè)抗拉強(qiáng)度就是用來(lái)給實(shí)際使用提供依據(jù)得，所以應(yīng)該按照原尺寸進(jìn)行計(jì)算4、有材料與直徑均相同得長(zhǎng)試樣與短試樣各一個(gè),用它們測(cè)得得斷后伸長(zhǎng)率、斷面收縮率、下屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度就是否基本相同?為什么？答: 材料成分相同,內(nèi)部組織相同，只有長(zhǎng)短不同得話，得出來(lái)得數(shù)據(jù)應(yīng)該基本相同,因?yàn)樯扉L(zhǎng)率與斷面收縮率這兩個(gè)量就是表征材料得本質(zhì)屬性，前面得成分組織一樣，后面得數(shù)據(jù)也應(yīng)該就是一樣得只不過(guò) ,在實(shí)際試驗(yàn)得過(guò)程中，由于材料均質(zhì)以及夾持位置對(duì)試驗(yàn)結(jié)果得影響 ,其實(shí)驗(yàn)結(jié)果會(huì)略有不同,只就是無(wú)實(shí)質(zhì)性得差異。5、低碳鋼試