材料力學(xué)拉伸實驗報告

實驗編號及題目：實驗一低碳鋼、鑄鐵拉伸試驗驗報告紙 溫度： 本試驗以低碳鋼和鑄鐵為代表，了解塑性材料在簡單拉伸時的機(jī)械性質(zhì)。它是力學(xué)性能試驗中最基本最常用的一個。一般工廠及工程建設(shè)單位都廣泛利用該實驗結(jié)果來檢驗材料的eL 。本試驗具體要求為：了解材料拉伸時力與變形的關(guān)系，觀察試件破壞現(xiàn)象。eL 比較塑性材料與脆性材料在拉伸時的機(jī)械性質(zhì)。：實驗儀器與設(shè)備:①微機(jī)控制電液伺服萬能試驗機(jī)型號SHT5305最大負(fù)荷300kN1臺②全數(shù)字閉環(huán)測控系統(tǒng) ③電子引伸計 ④游標(biāo)卡尺 0-150mm最小刻度0.02mm⑤刻度尺 0-30cm ⑥橡皮筋 保材料處于單向應(yīng)力狀態(tài)。一般試驗機(jī)都設(shè)有自動繪圖裝置，用以記錄試樣的拉伸圖即F-ΔL曲線，形象地體現(xiàn)了材料變形特點以及各階段受力和變形的關(guān)系。但是F-ΔL曲線的定量關(guān)系不僅取決于材質(zhì)而且受試樣幾何尺寸的影響。因此，拉伸圖往往用名義應(yīng)力、應(yīng)變曲線(即R-ε曲線)來表示：

F——試樣的名義應(yīng)力Page1of11實驗編號及題目：實驗一低碳鋼、鑄鐵拉伸試驗驗報告紙 L——試樣的名義應(yīng)變S和L分別代表初始條件下的面積和標(biāo)距。R-ε曲線與F-ΔL曲線相似，但消除了幾何0 代表材料的屬性。單向拉伸條件下的一些材料的機(jī)械性能指標(biāo)就是在R-的。如果試驗?zāi)芴峁┮粭l精確的拉伸圖，那么單向拉伸條件下的主要力學(xué)性標(biāo)就可精確地測定。不同性質(zhì)的材料拉伸過程也不同，其ε曲線會存在很大差異。低碳鋼和鑄鐵是性質(zhì)截然不同的兩種典型材料，它們的拉伸曲線在工程材料中十分典型，掌握它們的拉伸過程和破點有助于正確、合理地認(rèn)識和選用材料。彈性階段（在這個范圍內(nèi)卸載，試樣仍恢復(fù)原來的尺寸，沒有任何殘余變形。習(xí)慣上認(rèn)為材料在彈性范圍內(nèi)服從虎克定律，其應(yīng)力、應(yīng)變?yōu)檎汝P(guān)系，RE 屈服（流動)階段（BC)：R-ε曲線上出現(xiàn)明顯的屈服點。這表明材料暫時喪失抵抗繼續(xù)變形的能力。這時，應(yīng)力基本上不變化，而變形快速增長。通常把下屈服點（Bˊ)作為材料eL eL 零件就會因為過量變形而失效。因此強(qiáng)度設(shè)計時常以屈服極限R作為確定許可應(yīng)力的基礎(chǔ)。服階段開始，材料的變形包含彈性和塑性兩部分。如果試樣表面光滑，材料雜質(zhì)含量少，可以清楚地看到表面有45°方向的滑移線。圖1-1試件拉伸圖Page2of11100%100%AAL實驗編號及題目：實驗一低碳鋼、鑄鐵拉伸試驗驗報告紙 CD)R-料恢復(fù)了對繼續(xù)變形的抵抗能力，載荷就必須不斷增長。如果在這一階段卸載，彈性變形將隨之消失，而塑性變形將永遠(yuǎn)保留下來。強(qiáng)化階段的卸載路徑與彈性階段平行。卸載后若重新加載，加載線仍與彈性階段平行，但重新加載后，材料的彈性階段加長、屈服強(qiáng)度明顯提高，而塑性卻相應(yīng)下降。這種現(xiàn)象稱作為形變強(qiáng)化或冷作硬化。冷作硬化是金屬材料極為寶貴的性質(zhì)之一。塑性變形和形變強(qiáng)化二者聯(lián)合，是強(qiáng)化金屬材料的重要手段。例如噴丸，擠壓，冷撥等工藝，就是利用材料的冷作硬化來提高材料強(qiáng)度的。強(qiáng)化階段的塑性變形是沿軸向均勻分布的。隨塑性變形的增長，試樣表面的滑移線亦愈趨明顯。D點是R-ε曲線的最高點，定義為材料的強(qiáng)度極限Rm 縮階段的標(biāo)志。料均勻塑性變形的最大抗力，是材料進(jìn)頸縮階段（限后，塑性變形開始在局部進(jìn)行。局部截面急劇收縮，承載面積迅速減少，試樣承受的載荷很快下降，直到斷裂。斷裂時，試樣的彈性變形消失，塑性變形則遺留在破斷的試樣上。材料的塑性通常用試樣斷裂后的殘余變形來衡量，單拉時

1-2u 低碳鋼頸縮部分的變形在總變形中占很大比重如圖1-2所示。測試斷后伸長率時，頸縮局部及其影響區(qū)的塑性變形都應(yīng)包含在落在標(biāo)距之外則試驗無效。。這就要求斷口位置應(yīng)在標(biāo)距的中央附近。若工程上通常認(rèn)為，材料的斷后伸長率A>5%屬于韌斷，A<5%則屬于脆斷。韌斷的特征是斷裂前有較大的宏觀塑性變形，斷口形貌是暗灰色纖維狀組織。低碳鋼斷裂時有很大的塑性°鑄鐵是典型的脆性材料，其拉伸曲線如圖1-1c）所示。其拉伸過程較低碳鋼簡單，可近似認(rèn)為是經(jīng)彈性階段直接過渡到斷裂。其破壞斷口沿橫截面方向，說明鑄鐵的斷裂是由拉應(yīng)力引起，其強(qiáng)度指標(biāo)只有R。由拉伸曲線可見，鑄鐵斷后伸長率甚小，所以鑄鐵常在沒有預(yù)兆的情況下突然發(fā)生脆斷。因此這類材料若使用不當(dāng)，極易發(fā)生事故。鑄鐵斷口與正方向垂直，斷面平齊為閃光的結(jié)晶狀組織，是典型的脆狀斷口。Page3of11實驗編號及題目：實驗一低碳鋼、鑄鐵拉伸試驗驗報告紙 多數(shù)工程材料的拉伸曲線介于低碳鋼和鑄鐵之間，常常只有兩個或三個階段如圖。但強(qiáng)度、塑性指標(biāo)的定義和測試方法基本相同。所以，通過拉伸破壞試驗，分析比較低碳鋼和的拉伸過程，確定其機(jī)械性能，在機(jī)械性能試驗研究中具有典型意義。拉伸試樣有比例試件和定標(biāo)準(zhǔn)試件兩種。1-4）須保持光滑均勻以確保材料表面的單向應(yīng)力狀態(tài)。均勻部分的有效工作長度L稱做標(biāo)距。d0 處不會斷裂。試樣兩端的夾持部分用以傳遞載荷，其形狀尺寸應(yīng)與試驗機(jī)的鉗口相匹配。R L Page4of11,,即L實驗編號及題目：實驗一低碳鋼、鑄鐵拉伸試驗驗報告紙 其影響區(qū)的塑性變形在斷后伸長率中占很大的比重。雖然，同種材料的斷后伸長率不僅取決于材質(zhì)，而且還取決于試樣的標(biāo)距。試樣愈短、局部變形所占比例采用比例試樣。比例試樣的長度有兩種規(guī)定：10倍直徑圓試樣：

10d

,即L0 5倍直徑圓試樣：5 5.65上述比例，板試樣也分長、短兩種：樣：

11.3S樣：

5.65Su0

推薦使用短比例試樣。五：實驗步驟:低碳鋼拉伸:①用游標(biāo)卡尺在低碳鋼試件的兩端和中央的三個截面上測量直徑，每個截面在互相垂直的兩d算出截面積

用刻度尺在低碳鋼試件兩端間取10d0的距離作為原長度l0，做上標(biāo)記，并平均分成10格，同上標(biāo)記。②打開萬能試驗機(jī)，先把試件安裝在試驗機(jī)的上夾頭內(nèi)，用橡皮筋將電子引伸計固定在試件l

內(nèi)，再移動下夾頭，使其達(dá)到適當(dāng)?shù)奈恢?，此時清零電腦記錄的所有數(shù)據(jù)后，件下端夾緊。Page5of11SS100%。l100%。實驗編號及題目：實驗一低碳鋼、鑄鐵拉伸試驗驗報告紙 ③點擊電腦中表示“開始”的箭頭按鈕，開始拉伸試驗，此間數(shù)據(jù)由電腦記錄。④當(dāng)電腦提示取下引伸計時，取下引伸計。⑤拉斷試件后，打印電腦記錄數(shù)據(jù)及圖像，取下斷裂的兩截試件。⑥用游標(biāo)卡尺測量上下兩截斷截口處的截面直徑，每個截面在互相垂直的兩個方向各測一次，取其平均值，取最小值作為計算截面積的直徑d，計算此時截面積S，同時計算斷面⑦將試件兩截拼合后用刻度尺測量拉伸后試件長度，測量三次取平均值為l，同時計算伸長結(jié)束，收拾好實驗用品。①用游標(biāo)卡尺在鑄鐵試件的兩端和中央的三個截面上測量直徑，每個截面在互相垂直的兩個方向各測一次，取其平均值，并用三個平均值中最小者作為計算截面積的直徑d0，并計算出截面積S0值。③打開萬能試驗機(jī)，先把試件安裝在試驗機(jī)的上夾頭內(nèi)，再移動下夾頭，使其達(dá)到適當(dāng)?shù)奈淮藭r清零電腦記錄的所有數(shù)據(jù)后，把試件下端夾緊。④點擊電腦中表示“開始”的箭頭按鈕，開始拉伸試驗，此間數(shù)據(jù)由電腦記錄。⑤拉斷試件后，打印電腦記錄數(shù)據(jù)及圖像，取下斷裂的兩截試件。Page6of11SS100%。l100%。實驗編號及題目：實驗一低碳鋼、鑄鐵拉伸試驗驗報告紙 ⑥用游標(biāo)卡尺測量上下兩截斷截口處的截面直徑，每個截面在互相垂直的兩個方向各測一次，取其平均值，取最小值作為計算截面積的直徑d，計算此時截面積S，同時計算斷面l⑧實驗結(jié)束，收拾好實驗用品。0斷面直徑位置斷裂后長度

10.00mm10.00mm.00mm5.70mm70mm

10.00mm10.00mm.00mm5.70mm70mm4.16mm4.16mm4.16mm斷裂處位于由上至下第5格由下至上第6格斷裂上半截呈凸?fàn)钕掳虢爻拾紶頟age7of11F100%斷后伸長率斷后伸長率AL實驗編號及題目：實驗一低碳鋼、鑄鐵拉伸試驗驗報告紙

次測量

次測量上部 10.00mm 中部 10.00mm 下部 10.00mm 斷面直徑位置 第一次測量 上半段 10.00mm 下半段 10.00mm 斷裂后長度第一次 第二次 l 110.06mm 110.06m 斷裂處距下端 1.指標(biāo)計算極限

極限

F屈服載荷F取屈服平臺的下限值。FeL 2.標(biāo)的計算Page8of11斷面收縮率斷面收縮率ZS100%100%100%100%10101010 5.701010210實驗編號及題目：實驗一低碳鋼、鑄鐵拉伸試驗驗報告紙 0 動繪圖器繪出的圖形用光滑曲線聯(lián)結(jié)，并延長直線部分使之交于坐標(biāo)原點。修正后繪方上，并注明比例尺，即方格上每一厘米代表若干載荷和伸長。低碳鋼和鑄鐵試件試驗前后的形狀圖形。上屈服度:ReH

FeH

m22

GPa服度：ReL=

FeH

m22

強(qiáng)度：Rm=

m22

GPaLL斷后伸長率：A=1

124.16100100%24.16%100

2 2 100%67.51% 2強(qiáng)度：Rm= m22

LL斷后伸長率：A=1

110.06100100%10.06%100數(shù)據(jù)均符合實驗要求。Page9of11實驗編號及題目：實驗一低碳鋼、鑄鐵拉伸試驗驗報告紙 鋼和鑄鐵應(yīng)力應(yīng)變曲線見最后附表。鋼端口截面圖如下：截面圖如下：1.實驗時如何觀察低碳鋼的屈服點？測定時為何對加載速度提出要求？超過某一點增加到某一值時，應(yīng)變有非常明顯的增大，而應(yīng)力是先下降，然后作微小的波動，在σ-ε曲線上出現(xiàn)接近水平的小鋸齒形折線。像這種應(yīng)力基本增加的現(xiàn)象就是屈服。在低碳鋼試驗時，我們可以邊觀察電腦屏幕上的σ-ε曲線，當(dāng)曲線出現(xiàn)以上現(xiàn)象時就代表低碳鋼出現(xiàn)了屈服點。的加載方式進(jìn)行試驗，稱為常溫靜載試驗，是測定材料力學(xué)性能的加載時，必須緩慢加載才可以達(dá)到常溫靜載試驗的要求。假如加載過快，則會導(dǎo)致材料的各項數(shù)據(jù)短時間內(nèi)發(fā)生劇烈變動，導(dǎo)致測量誤差過大。2.為什么低碳鋼拉伸時會發(fā)生頸縮現(xiàn)象？形成頸縮現(xiàn)象。低碳鋼是含碳量在0.3%以下的碳素鋼，且斷面收縮率>5%的塑性材料.其內(nèi)部Page10of11實驗編號及題目：實