材料力学实验讲义

金属材料的拉伸、压缩实验指导书

张雅琴编

北京化工大学

目录实验一金属材料的拉伸实验

实验二金属材料的压缩实验

实验一金属材料的拉伸实验

金属材料的拉伸实验是研究金属材料力学性能的最基本的实验。方法简单，数据可靠，一些工矿企业、研究所一般都用此类方法对金属材料进行出厂检验或进厂复检，用测得的各项指标来评定材质和进行强度、刚度计算。因此，对金属材料进行轴向拉伸实验具有工程实际意义。

不同材料在轴向拉伸过程中会表现出不同的力学性质和现象。低碳钢和铸铁分别是典型的塑性材料和脆性材料。低碳钢材料具有良好的塑性，在拉伸实验中的弹性、屈服、强化和颈缩四个阶段尤为明显和清楚。铸铁材料受拉时处于脆性状态，其破坏是由拉应力拉断。

金属材料拉伸实验是指在室温条件下，将缓慢施加的单向拉伸载荷作用于表面光滑的拉伸试件上，来测定材料力学拉伸性能的方法。最常用拉伸试件的形状和尺寸如图1-1所示。

(a)

(b)

图1-1

(a) 圆形试样(b) 矩形试样

若采用光滑圆柱试件，试件的标矩长度L

0比直径d

要大的多;通常L

>5d

,以使试件横

截面上的应力均匀地分布,实现轴向均匀加载.试件做成圆柱形是便于测量径向应变,试件的加工也比较简单。当测量板材拉伸性能和带材的拉伸性能时,也可以采用板状试件，如图

1-1(b)所示。但试件的标矩长度L

0应满足下列关系：L

=5.65A

或11.3 A

；其中A

为试件

的初始横截面积。

上式中的规定对应于圆柱试件中的L

0=5d

，L

=10 d

。拉伸试件的几何形状，尺寸及允

许的加工误差，在国家标准GB228—2002中作了相应的规定。金属材料拉伸实验是材料的力学性能实验中最基本最重要的实验,是工程上广泛使用的测定力学性能的方法之一。

一、实验目的

1．测定低碳钢试件的抗拉屈服极限R s；

2．测定低碳钢试件的抗拉强度极限R b；

3．测定低碳钢试件的延伸率A；

4．测定低碳钢试件的截面收缩率Z；

5．测定铸铁试件的抗拉强度极限R b；

6．观察和比较塑性材料和脆性材料的破坏过程和破坏特征、力学现象；

7．熟悉电子万能材料试验机的操作和游标卡尺的使用；

8．了解电子万能材料试验机的结构及工作原理,熟悉操作规程及正确使用方法；9．比较低碳钢和铸铁的机械性能特点并分析断口形状；

二、实验设备

1．电子万能材料试验机；

图1-2 电子万能试验机系统

2．游标卡尺；

3．拉伸试样, L

0=10 d

,将L

十等分,用划线机刻划圆轴等分线,或用打点机打上等分点；

4．打印机；

三、拉伸试样的制备

金属材料的机械性质的屈服应力R s、强度应力R b、延伸率A和截面收缩率Z是由拉伸实验来决定的。为此应首先用被测试的金属材料来制备试件。实验表明，试件的尺寸和形状对实验结果具有一定的影响。为了避免这种影响和便于各种材料机械性质的数值能互相比较，所以对试样的尺寸和形状，国家有统一的规定。制定了国标。因此，应统一规定制备试样。拉伸试样应按国际标准GB/228-2002(金属拉伸试验试样)进行加工。拉伸试样的形状随金属产品的品种、规格及试验目的的不同而分为圆形、矩形及异形截面。最常用的是圆型和矩形试样。如图1-1所示。

圆形和矩形截面试件均由夹持段、过渡段和平行段三部分组成。试样多采用哑铃状，夹持部分稍粗，过渡部分以圆角与平行部分光滑连接，是用来夹持试件、传递拉力用的。以保证试样破坏时断口在平行部分。其形状和尺寸要与试验机的钳口夹块相匹配。一般对于直接用钳口夹紧的试样，其夹持部分长度应不小于钳口深度的3/4。夹持部分的形状和尺寸依据试样大小、材料特性、试验目的以及试验机夹具的结构进行设计。可制成圆柱形、阶梯形或

螺纹形。平行部分用于测量拉伸变形，此段的长度L 0称为标矩。试件两头部之间的均匀段长度L 应大于标距L 0，均匀段长度称为平行长度，用符号L 表示。圆截面试样L ≥L 0+d 0,矩形截面试样L ≥L 0+b 0/2，圆弧过渡应有足够大的过渡圆弧半径和台阶。脆性材料的圆角半径要比塑性材料的圆角半径大一些，以减小应力集中，确保试样不会在该处断裂。

拉力试件分为比例试件和非比例试件两种。比例试件是指标距长度与横截面面积间具有下列关系的试件L 0=KA 0。式中系数K 通常为5.65和11.3，前者称为短试件，后者称为长试件。因此，对直径为d 0的圆截面

短试样： 005L d ==；

长试样：0010L d ==；

长圆试件的标矩长度分别等于10d 0；

非比例试件的标矩与其横截面间无上述一定关系，而是根据制品（薄板、薄带、细管、细丝、型材等）的尺寸和材料的性质给以规定的平行长度L 和标矩长度L 0。

原始标矩与标称标矩的偏差应小于±5%。处理数据时可忽略偏差而直接用标称标矩计算。

标称标矩为：

对试样形状、尺寸和加工技术要求在国家标准GB/228-2002中均有明确的规定。 试样表面的粗糙度同样应符合国际标准。

四、实验原理及方法

通常将整个实验过程中载荷与变形之间的关系，用一条以绝对伸长ΔL 为横坐标，以拉力F 为纵坐标的载荷—变形曲线来表示，这种曲线一般就叫做拉伸曲线。拉伸曲线是截面均匀的试样在连续增长的轴向拉伸载荷作用下所测出的实验曲线。实验的结果可以全部在这根曲线上观察到。如果把ΔL 除以标矩长度L 0、F 除以原始截面面积A 0，就得到应力应变之间的关系曲线。以横坐标代表应变，以纵坐标代表应力，可以绘出应力应变曲线，这种曲线可以消除试样尺寸的影响。

首先将机器、计算机打开，布置如图1-2所示。