試驗(yàn)機(jī)測(cè)量材料的拉伸力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?br />1、了解試驗(yàn)設(shè)備――材料試驗(yàn)機(jī)的構(gòu)造和工作原理，掌握其操作規(guī)程及使用注意事項(xiàng)。
2、測(cè)定低碳鋼的屈服極限s σ 、強(qiáng)度極限b σ 、伸長(zhǎng)率δ 和斷面收縮率ψ；
3、測(cè)定鑄鐵的強(qiáng)度極限b σ ；
4、觀察拉伸過程中的各種現(xiàn)象（彈性階段、屈服階段、強(qiáng)化階段、局部變形階段、斷裂特征等），
并繪制拉伸圖（σ －ε 曲線）；
5、比較塑性材料和脆性材料力學(xué)性質(zhì)特點(diǎn)。
二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備
1、HY-10080微機(jī)控制電子材料試驗(yàn)機(jī)（ 100KN 試驗(yàn)機(jī)）
2、游標(biāo)卡尺
3、直尺
三、試件
試件一般制成圓形或矩形截面，圓形截面形狀如下圖所示，試件中段用于測(cè)量拉伸變形，
此段的長(zhǎng)度o l 稱為“標(biāo)距”。兩端較粗部分是頭部，為裝入試驗(yàn)機(jī)夾頭內(nèi)部分，試件頭部形狀視
試驗(yàn)機(jī)夾頭要求而定，可制成圓柱形（a）、階梯形（b）、螺紋形（c）。
試件的尺寸和形狀對(duì)桿件的強(qiáng)度和變形影響很大，也就影響按其均值表示的材料強(qiáng)度和塑性
指標(biāo)。為了能正確地比較材料的機(jī)械性質(zhì)，國家對(duì)試件尺寸作了標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)定。據(jù)此，對(duì)圓截面試
樣，標(biāo)距為：l = 10d 和l = 5d 。對(duì)矩形截面試樣，標(biāo)距為：l = 11.3 A 和l = 5.65 A
四、實(shí)驗(yàn)原理
將劃好刻度線的標(biāo)準(zhǔn)試件，安裝在試驗(yàn)機(jī)的上下夾頭內(nèi)。開啟試驗(yàn)機(jī)，由于機(jī)械作用便
帶動(dòng)活動(dòng)平臺(tái)上升。因下夾頭和蝸桿相連，一般固定不動(dòng)。上夾頭在活動(dòng)平臺(tái)里，當(dāng)活動(dòng)平臺(tái)上
升時(shí)，試件便受到拉力作用，產(chǎn)生拉伸變形。力和變形的大小以及P-ΔL 曲線可以通過試驗(yàn)機(jī)的
配套電腦軟件直接顯示出來。
低碳鋼是典型的塑性材料，試樣依次經(jīng)過彈性、屈服、強(qiáng)化和局部變形四個(gè)階段。
對(duì)于低碳鋼試件，在比例極限內(nèi)，力與變形成線性關(guān)系，拉伸圖上OA 是一段斜直線（實(shí)際
上試件開始受力時(shí)，頭部在夾頭內(nèi)有一點(diǎn)點(diǎn)滑動(dòng)，故拉伸圖zui初一段是曲線）此階段稱為彈性階
段。拉伸圖上BC 呈鋸齒形，表示載荷基本不變，變形增加很快，材料失去抵抗變形能力，這一
現(xiàn)象稱為屈服，此階段則稱為屈服階段。試件經(jīng)過屈服階段后，若要使其繼續(xù)伸長(zhǎng)，由于材料在
塑性變形過程不斷發(fā)生強(qiáng)化，因而試樣中的抗力不斷增長(zhǎng)（拉伸圖上CD 曲線）。此階段稱為強(qiáng)
化階段。試樣伸長(zhǎng)到一定程度后，荷載讀數(shù)反而逐漸降低（拉伸圖上DE 曲線），此時(shí)可以看到
試樣某一段內(nèi)的橫截面面積顯著地收縮，這一現(xiàn)象稱為“縮頸”現(xiàn)象。在試樣繼續(xù)伸長(zhǎng)的過程中，
由于“縮頸”部分的橫截面面積急劇縮小，因此，荷載讀數(shù)反而降低，一直到試樣被拉斷。此階
段稱為局部變形階段。
鑄鐵試件在變形極小時(shí)，就達(dá)到zui大載荷而突然發(fā)生斷裂，這時(shí)沒有屈服和頸縮現(xiàn)象，是典
型的脆性材料。
低碳鋼拉伸圖鑄鐵拉伸圖
五、低碳鋼拉伸實(shí)驗(yàn)步驟
1、試件準(zhǔn)備在試件的試驗(yàn)段的左、中、右分別選取三個(gè)截面，每個(gè)截面沿互相垂直的兩個(gè)方
向各測(cè)量一次直徑，并取平均值。取這三個(gè)截面的zui小平均半徑o d 作為計(jì)算橫
截面o A 的依據(jù)。在試件的試驗(yàn)段量取長(zhǎng)度為10 o d 的有效部分，并用記號(hào)筆做上
標(biāo)記，該段稱為工作段，其長(zhǎng)度稱為標(biāo)距。
2、安裝試件先將試件安裝在上夾頭上，調(diào)節(jié)上夾頭使之移動(dòng)到合適位置，再把試件下端夾在
下夾頭中夾緊。緩慢加載，觀察力的變化情況，以檢查試件是否已夾緊，如有打
滑則需重新安裝。
3、開始實(shí)驗(yàn)開啟試驗(yàn)機(jī)及配套軟件，啟動(dòng)加載按鈕使試件緩慢勻速加載，隨時(shí)觀察軟件界面
顯示拉伸過程中的各個(gè)階段的變形特征。直至試件斷裂。（各個(gè)階段所要得到的
數(shù)據(jù)，電腦會(huì)自動(dòng)保存，實(shí)驗(yàn)后可以調(diào)用）。
4、實(shí)驗(yàn)結(jié)束實(shí)驗(yàn)完畢，儀器設(shè)備恢復(fù)原狀。測(cè)量試件的斷后尺寸，清理現(xiàn)場(chǎng)，檢查實(shí)驗(yàn)記錄
是否齊全，并請(qǐng)指導(dǎo)教師檢查實(shí)驗(yàn)記錄。
六、鑄鐵拉伸實(shí)驗(yàn)步驟
實(shí)驗(yàn)步驟與低碳鋼基本相同，但拉伸圖沒有明顯的四個(gè)階段，只有破壞荷載b P ，而且數(shù)值較
小，變形也不大。因此加載時(shí)速度一定要慢，試件斷裂前沒有任何預(yù)兆，斷裂是突然發(fā)生的，是
典型的脆性材料。zui后觀察斷口形狀，其斷口形狀與低碳鋼有何不同，請(qǐng)教師檢查試驗(yàn)記錄。
七、實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理
1、根據(jù)測(cè)得的屈服荷載s F 和zui大荷載b F ，計(jì)算屈服極限s σ 和強(qiáng)度極限b σ 。
對(duì)于低碳鋼
o
s
s A
σ = F
o
b
b A
F σ =
對(duì)于鑄鐵等脆性材料，沒有屈服階段只有zui大荷載b F ，因此，對(duì)于這一類的脆性材料，通常取總
應(yīng)變?yōu)?.1%時(shí)σ －ε 曲線的割線斜率來確定其彈性模量，稱為割線彈性模量。具體方法可以參
照教材第33頁的圖2－21及相關(guān)文字。
2、根據(jù)拉伸前后試件的標(biāo)距長(zhǎng)度和橫截面面積，計(jì)算出試件的伸長(zhǎng)率δ 和截面收縮率? 。
即： 1 ×100%
−
=
o
o
l
l l δ 1 ×100%
−
=
o
o
A
A A ?
式中： o l 和1 l 分別為試件斷裂前、后的標(biāo)距， o A 和1
A 分別為試件斷裂前、后的截面面積。
3、根據(jù)實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)繪制拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線（σ －ε 曲線）。