材料的拉伸试验实验报告

材料的拉伸试验

实验内容及目的

（1）测定低碳钢材料在常温、静载条件下的屈服强度s σ、抗拉强度b σ、伸长率δ和断面收缩率ψ。

（2）掌握万能材料试验机的工作原理和使用方法。 实验材料及设备

低碳钢、游标卡尺、万能试验机。 试样的制备

按照国家标准GB6397—86《金属拉伸试验试样》，金属拉伸试样的形状随着产品的品种、规格以及试验目的的不同而分为圆形截面试样、矩形截面试样、异形截面试样和不经机加工的全截面形状试样四种。其中最常用的是圆形截面试样和矩形截面试样。

如图1所示，圆形截面试样和矩形截面试样均由平行、过渡和夹持三部分组成。平行部分的试验段长度l 称为试样的标距，按试样的标距l 与横截面面积A 之间的关系，分为比例试样和定标距试样。圆形截面比例试样通常取d l 10=或d l 5=，矩形截面比例试样通常取

A l 3.11=或A l 65.5=，其中，前者称为长比例试样（简称长试样），后

者称为短比例试样（简称短试样）。定标距试样的l 与A 之间无上述比例关系。过渡部分以圆弧与平行部分光滑地连接，以保证试样断裂时的断口在平行部分。夹持部分稍大，其形状和尺寸根据试样大小、材

料特性、试验目的以及万能试验机的夹具结构进行设计。

对试样的形状、尺寸和加工的技术要求参见国家标准GB6397—86。

（a ）

（b ）

图1 拉伸试样

（a ）圆形截面试样；（b ）矩形截面试样

实验原理

进行拉伸试验时，外力必须通过试样轴线，以确保材料处于单向应力状态。低碳钢具有良好的塑性，低碳钢断裂前明显地分成四个阶段：

弹性阶段：试件的变形是弹性的。在这个范围内卸载，试样仍恢复原来的尺寸，没有任何残余变形。

屈服（流动)阶段：应力应变曲线上出现明显的屈服点。这表明材料暂时丧失抵抗继续变形的能力。这时，应力基本上不变化，而变形快速增长。通常把下屈服点作为材料屈服极限（又称屈服强度），即A

F s s =σ，是材料开始进入塑性的标志。结构、零件的应力一旦超过

屈服极限，材料就会屈服，零件就会因为过量变形而失效。因此强度

设计时常以屈服极限作为确定许可应力的基础。

强化阶段：屈服阶段结束后，应力应变曲线又开始上升，材料恢复了对继续变形的抵抗能力，载荷就必须不断增长。D 点是应力应变曲线的最高点，定义为材料的强度极限又称作材料的抗拉强度，即

A

F b b =

σ。对低碳钢来说抗拉强度是材料均匀塑性变形的最大抗力，是

材料进入颈缩阶段的标志。

颈缩阶段：应力达到强度极限后，塑性变形开始在局部进行。局部截面急剧收缩，承载面积迅速减少，试样承受的载荷很快下降，直到断裂。断裂时，试样的弹性变形消失，塑性变形则遗留在破断的试样上。

材料的塑性通常用试样断裂后的残余变形来衡量，单拉时的塑性指标用断后伸长率δ和断面收缩率ψ来表示。即

%1001⨯-=

l

l

l δ %1001

⨯-=

A

A A ψ 其中 l ——试样的原始标距；

1l ——将拉断的试样对接起来后两标点之间的距离。

A ——试样的原始横截面面积；

1A ——拉断后的试样在断口处的最小横截面面积。

低碳钢颈缩部分的变形在总变形中占很大比重。测试断后伸长率时，颈缩局部及其影响区的塑性变形都应包含在标距l 之内，这就要求断口位置应在标距的中央附近，若断口落在标距之外则试验无效。

工程上通常认为，材料的断后伸长率δ> 5%属于韧断，δ< 5%则

属于脆断。韧断的特征是断裂前有较大的宏观塑性变形，断口形貌是暗灰色纤维状组织。低碳钢断裂时有很大的塑性变形，断口为杯状周边为45°的剪切唇，断口组织为暗灰色纤维状，因此是一种典型的韧状断口。

实验过程

（1）将试样打上标距点，并刻画上间隔为mm

5的分格线。

10或mm （2）在试样标距范围内的中间以及两标距点的内侧附近，分别用游标卡尺在相互垂直方向上测取试样直径的平均值为试样在该处的直径，取三者中的最小值作为计算直径。

（3）把试样安装在万能试验机的上、下夹头之间，估算试样的最大载荷，选择相应的测力盘，配置好相应的摆锤，调整测力指针，使之对准“0”点，将从动指针与之靠拢。

（4）开动万能试验机，匀速缓慢加载，观察试样的屈服现象和颈缩现象，直至试样被拉断为止，并分别记录下主动指针回转时的最小载荷

F和从动指针所停留位置的最大载荷b F。

s

（5）取下拉断后的试样，将断口吻合压紧，用游标卡尺量取断口处的最小直径和两标点之间的距离。

注意事项

（1）实验时必须严格遵守实验设备和仪器的各项操作规程，严禁开“快速”档加载。开动万能试验机后，操作者不得离开工作岗位，实验中如发生故障应立即停机。

（2）加载时速度要均匀缓慢，防止冲击。

数据处理

（1）试样原始尺寸

表1 试样原始数据

（2）试验后试样尺寸

表2 拉断后试样尺寸数据

（3）记录数据

表3 万能试验机上数据

（4）计算过程

（5）计算结果

表4 计算结果表

（6）根据试验结果绘制出低碳钢试样的断口草图

思考题

1、测定材料的力学性能有何实用价值？

答：根据材料的性能能制作出更加合理的结构，同时也能由限定的结构来计算所需材料的数量，对结构的定性和定量都有作用