金属的拉伸实验

实验1 金属的拉伸实验

一、实验目的

测定低碳钢在拉伸过程中几个力学性能指标：屈服极限σs，强度极限σb，断后伸长率δ和断面收缩率Ψ；

观察低碳钢在拉伸过程中所出现的各种变形现象，分析力与变形之间的关系，即P-△L曲线的特征；

观察低碳钢拉伸试样断口特征；

掌握材料试验机等实验设备和工具的使用方法。 二、实验原理

材料的力学性能反映了材料受力后变形及破坏的特性，而力学性能只有通过试验才能得到。拉伸实验是测定材料在静载荷作用下力学性能的一个最基本的实验。金属的力学性能如：强度极限、屈服极限、伸长率、断面收缩率等指标均是由拉伸破坏实验确定的。

低碳钢试件在静拉伸试验中，通常可直接得到拉伸曲线。用准确的拉伸曲线可直接换算出应力应变曲线。低碳钢的P-△L（σ-ε）曲线是一个典型的形式，整个拉伸变形试验依次经过弹性、屈服、强化和颈缩四个阶段。

?sb?cdefa?bO到a为弹性阶段，b-c为屈服阶段，

f?hg?b点所对应的应力值称为屈服极限。确

o?d?定屈服载荷Ps时，必须缓慢而均匀地使

图1-1 低碳钢拉伸应力-应变曲线 试件产生变形，同时还需要注意观察。

测力显示系统第一次下降的最小载荷即

为屈服载荷，继续加载，测得最大载荷Pb（e点）。试件达到最大载荷前，伸长变形在标距范围内是均匀分布的。从最大载荷开始，产生局部伸长和颈缩。颈缩出现后，截面面积迅速减小，继续拉伸 所需的载荷也变小了，直到f点断裂。

三、实验仪器设备及材料

WDW-T100微机控制电子万能试验机；游标卡尺；材料：20#钢。 试件：矩形截面试样，示意图如图1-2所示。本实验取L0=40mm。

?P

图1-2 矩形横截面试样

其中，a0为试样原始厚度；b0为试样平行长度的原始宽度；L0为原始标距；Lc为平行长度；Lt为试样总长度；S0为平行长度的原始横截面积；1代表夹持部分。

四、实验步骤

1.试件准备。在试件上用铅笔在平行试验段中部划出长度为l0=40mm的标距线，并把它分成十等份。在标距的两端及中部三个位置上，沿两个相互垂直方向分别测量试样宽度和厚度，然后计算各横截面的面积，再取三者中的最小值为试件的A0。

2.夹具安装或检查。常规拉伸试验辅具如图1-3所示：由固定螺母1、连接销4、调节手柄5、钳口6、钳口压板7、固定螺钉8、安装底座9、定位销10和螺钉11组成。上下夹具体是通过连接销4分别和万向节13及安装底座连接，万向节13由连接杆12和传感器2连接，用固定螺母1紧定。安装底座则通过螺钉11固定在工作台上，并通过定位销10定位。钳口的更换应首先讲钳口压板7和固定螺钉8拧下，然后换上需要的钳口。钳口装好后，必须将钳口压板和固定螺钉固定牢靠，以防出现故障。装夹试样时，应先把试样的上端装在上钳口内，试样在钳口内的夹持长度不得小于钳口长度的三分之二。旋转手柄5即可使钳口张开或闭合，当夹持试样时，一定要用力把试样夹紧、当上试样夹持完毕以后，再使移动横梁下降到适当位置，把试样下端夹牢。

图1-3 常规拉伸试验辅具

3．拉伸试验电气系统的操作：

（1）打开计算机，启动Windows后，在桌面上点击“TensonTest”图标进入试验主界面，选择适当的速度，利用“上升”、“ 下降”、“停止按钮”调整横梁位置（也可用主机上的手控器操作），装夹好试样。试样两端夹持部分至少2/3长度被夹具夹紧为宜。

（2）在数据板下拉菜单中选择所需试验的方法，点击“新建”图标建立数据库记录，输入试样信息，关闭数据板。

（3）将左上角的“拉”“压”切换按钮选择为“拉”；若需要断裂自动停机时，则须按下左上角的“破型判断”按钮；传感器档位选择最小档即可。

（4）选择适当的控制方式和加载速度。本次试验选用“金属拉伸”方式，并且应在“分析设置”中预先设置分析方法；并且试验时按下“闭环控制”按钮选用闭环控制。经指导老师

检查后，点击“开始”按钮，试验自动进行，待试样断裂后，自动停机。试验中仔细观察拉伸过程，直到断裂。

（5）打开数据板，查看试验结果。

4.试件拉断后，取下试件，将断裂两段尽量对紧在一起，用游标卡尺测量拉

断后的标距Lu和颈缩断口处的最小直径d1(测量互相垂直的两个方向，取其平均值）填入表1-1内。观察试件的破坏断口形状，分析破坏原因。

5.试验结束后，存储数据和试验曲线图。

6.一个试验完成后，再点下一个试样或再建一条记录，输入信息以及尺寸后，关闭数据

板；在控制板点击“复位”，停机后清零，再按“开始”进行试验。

7.工具复原，经指导教师检查后关软件，关闭试验机电源。

五、实验结果

将实验结果填入表1。

表1 实验数据记录表

实验前 原始标距L0?a0 截面Ⅰ b0 a0 截面Ⅱ b0 a0 截面Ⅲ b0 截面面积A0?

用以下公式验算试验中所用到的数据及实验结果。

断裂处 实验后 mm 断后标距Lu?mm a1 b1 mm2 截面面积A1?mm2 强度指标： 屈服载荷： FS?FSL? 屈服极限： ?s? 最大载荷: Fb? 强度极限: ?b?Fb?A0Fs?A0kN

kN MPa

MPa

塑性指标： 断后伸长率δ: ??L1?L0?100%? L0A0?A1?100%? A0 断后收缩率ψ: ??另外，对于上述实验中的原始数据和实验结果数据要进行修约，以便使整理出的实验数据资料简明、清晰。具体修约的数据内容按照GB/T 8170—1987《数

值修约规则》的规定处理。对于试样原始横截面面积的计算应修约到四位有效数字；对于短比例试样的原始标距计算值应修约到最接近5mm的倍数。

对于所测定性能数值的修约按表2规定执行。

表2 性能数值修约

测 试 项 目 RF、Re、Rr、ReH、ReL、Rm 范 围 ≤200N/mm2 >200～1000N/mm2 >1000N/mm2 ≤10% >10% ≤25% >25% 修约到 1N/mm2 5N/mm2 10N/mm2 0.5% 1.0% 0.5% 1.0% δ ψ 六、注意事项

1. 注意观察试验机的限位装置。在试验前，务必要根据需要调整好下限位螺钉的位置，确保在移动横梁下行时，上下夹具不发生碰撞。

2.夹持试样时，务必先使下钳口张开足够大，以便使试样插入，以防出现试样碰撞下钳口的故障。

3.进入试验界面后方能打开主机电源，然后通过操作上升、下降，停止按钮，观察移动横梁的动作及位移、负荷显示是否正常；仔细倾听设备的运转是否正常。设备全部正常后，即可进行试验。系统出现异常现象请按下急停按钮。

七、思考题

1.低碳钢拉伸图大致可分为几个阶段，每个阶段的力和变形有什么关系？ 2.试件截面直径相同而标距长度不同，试件的断后伸长率和截面收缩率是否相同？ 3.20#钢拉伸试样端口有何特征？

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