低碳钢拉伸

实验二 低碳钢的拉伸试验
一、实验目的 1） 测定低碳钢的屈服强度s σ，抗拉强度b σ。

断后伸长率δ和断面收缩率ψ 2）
观察低碳钢在拉伸过程中所出现的屈服、强化和缩颈现象，分析力与变形之间的关系，并绘制拉伸图。

3）
学习、掌握万能试验机的使用方法及其工作原理。

二、实验设备
（1） 试件：按《国标GB/T 228 金属材料室温拉伸试验方法》中的规定准备20#
钢的圆形长比例拉伸试件，如图2－1所示。

图2-1 圆形拉伸试件
图中L 0为标距长度，用于测量拉伸变形，单位为mm 。

（2）万能试验机：采用夹板式夹头，如图2-2。

夹头有螺纹，形状如2-3所示。

试件被夹持部分相应也有螺纹。

试验时，利用试验机的自动绘图器绘制低碳钢的拉伸图。

图2-2 夹板式夹头图 2-3用于圆形截面试件的夹头
（3）游标卡尺。

三、实验原理
（1）低碳钢拉伸的实验原理：低碳钢的拉伸图全面而具体的反映了整个变形过程。

观察自动绘图机绘出的拉伸图应如图2-4所示。

在试验之初，绘出的拉伸图是一段曲线，如图中虚线所示，这是因为试件开
图2-4 低碳钢拉伸图
始变形之前机器的机件之间和试件与夹具之间留有空隙，所以当试验刚刚开始时，在拉伸图上首先产生虚线所示的线段，继而逐步夹紧，最后只留下试件的变形。

为
了消除在拉伸图起点处发生的曲线段。

须将图形的直线段延长至横坐标所得相交点
O，即为拉伸图之原点。

随着载荷的增加，图形沿倾斜的直线上升，到达A点及B 点。

过B点后，低碳钢进入屈服阶段（锯齿形的BC段），B点为上屈服点，即屈服阶段中力首次下降前的最大载荷，用P
su
来表示。

对有明显屈服现象的金属材料，一
般只需测试下屈服点，即应测定屈服阶段中不计初始瞬时效应时的最小载荷，用P
sl 来表示。

下屈服点的测定，并不是一件容易的事。

因为在屈服阶段中，当指针无规则上、下波动时，要准确捕捉屈服载荷的读数确实有一定的难度。

对试件连续加载
直至拉断，由测力度盘或拉伸图上读出最大载荷P
b。

将试件拉断后的两段在拉断处紧密对接起来，尽量使其轴线位于一条直线上。

如拉断处形成缝隙，则此缝隙应计
入该试件拉断后的标距内。

由此可量得试件标距部分拉断后的长度L
1。

四、实验步骤
1）试件准备与尺寸测量
用划线机划上试件的标距，并将其分成10格（图2－5），以便观察标距范围内沿轴向的变形情况。

用游标卡尺测量试件标距部分的直径。

在标距范围的中间及两端处，每处两个互相垂直的方向上各测量一次，取其平均值为该处直径。

用所测得
的三个平均值中的最小的值计算试件的横截面面积A
0。

计算A
时取三位有效数字。

图2－5 用划线机将标距10等分2）调整测力指针指零
①选择测力度盘。

根据低碳钢的强度极限σ
b 和横截面面积A
估算试件最大载荷。

根据最大载荷，选择合适的测力度盘，配置好摆杆重锤，将缓冲器放在合适的位置；
②开机进油，使活动平台上升10mm左右；
L0
③摆锤对中，使重摆垂直；
④调整测力指针对准零点，使测力指针与随动指针重合。

3）装夹试件
先把试件夹持在试验机上夹头内，再将下夹头移动到试件所需的夹持位置，并把试件下端夹紧。

4）准备好自动绘图器，使笔与记录纸刚好接触。

5）进行实验
①开始试验机，缓慢匀速加载。

②根据所提供的屈服类型确定P
su 、P
sl
或Ps。

③冷拉试验。

在强化阶段任一处（例如图2-6中的a点）将载荷卸至初载，再重新
加载，从自动绘图器上曲线的变化规律可以看到，冷拉过的材料曲线上的转折点a高于未冷拉过的材料曲线的转折点B，说明材料经过冷拉以后弹性极限提高了。

图2-6 冷作硬化现象
④观察颈缩现象。

当测力指针再次出现停滞不前、倒退现象时，可以观察到试件产
生局部变形的颈缩现象。

随之，测力指针迅速倒退，试件很快断裂。

⑤确定P
b。

试件断裂后，关闭机器电源；记录随动指针所指的刻度值，此即为强度
极限载荷P
b。

⑥ 取下试件，将拉断的试件在断口处尽量对拢，量测拉断后的标距长度L 1和断口直径d 1。

五、注意事项 1）
开机前和停机后，送油阀一定要置于关闭位置。

加载、卸载和回油均须缓慢进行。

2） 拉伸试件夹住后，不得再调整下夹头的位置。

3） 机器开动时，操纵者不得擅自离开。

实验过程中不得触动摆锤。

4） 使用时，听见异声或发生任何故障应立即停止。

5） 调整测力指针指零时，一定要开机进油，使活动平台上升少许。

6）
试件装夹必须正确，防止偏斜和夹入部分过短的现象。

读测力度盘显示值时，测力指针所指的刻度值必须与所挂摆锤相对应。

六、实验结果处理 （1）强度指标：
下屈服极限：0
A F sl
sl =
σ （2-1） 强度极限： 0
A F P
b =
σ （2-2）
（2）塑性指标：
伸长率：
%100)
(0
01⨯-=
L L L δ （2-3）
断面收缩率：
%100)
(0
10⨯-=
A A A ϕ （2-4）
七、思考题
1. 在试件的拉伸δ- 曲线中，标出试件的弹性变形与塑性变形。

2．解释出现加工硬化和屈服的原因。