低碳钢拉伸试验

试验一 金属材料的拉伸与压缩试验

1.1 概 述

拉伸实验是材料力学实验中最重要的实验之一。任何一种材料受力后都要产生变形，变形到一定程度就可能发生断裂破坏。材料在受力——变形——断裂的这一破坏过程中，不仅有一定的变形能力，而且对变形和断裂有一定的抵抗能力，这些能力称为材料的力学机械性能。通过拉伸实验，可以确定材料的许多重要而又最基本的力学机械性能。例如：弹性模量E 、比例极限R p 、上和下屈服强度R eH 和R eL 、强度极限R m 、延伸率A 、收缩率Z 。除此而外，通过拉伸实验的结果，往往还可以大致判定某种其它机械性能，如硬度等。

我们以两种材料——低碳钢，铸铁做拉伸试验，以便对于塑性材料和脆性材料的力学机械性能进行比较。

这个实验是研究材料在静载和常温条件下的拉断过程。利用电子万能材料试验机自动绘出的载荷——变形图，及试验前后试件的尺寸来确定其机械性能。

试件的形式和尺寸对实验的结果有很大影响，就是同一材料由于试件的计算长度不同，其延伸率变动的范围就很大。例如：

对45#钢：当L 0＝10d 0时（L 0为试件计算长度，d 0为直径），延伸率A 10＝24~29%，当L 0＝5d 0时，A 5＝23~25%。

为了能够准确的比较材料的性质，对拉伸试件的尺寸有一定的标准规定。按国标GB/T228-2002、GB/P7314-1987的要求，拉伸试件一般采用下面两种形式：

图1.1

1. 10倍试件；

圆形截面时，L 0＝10d 0 矩形截面时，L 0＝11.30S

2. 5倍试件

圆形截面时，L 0＝5d 矩形截面时, L 0＝5.650S =

045

S

d 0——试验前试件计算部分的直径； S 0——试验前试件计算部分断面面积。

此外，试件的表面要求一定的光洁度。光洁度对屈服点有影响。因此，试件表面不应有刻痕、切口、翘曲及淬火裂纹痕迹等。 1.2 拉伸实验

一、实验目的：

1．研究低碳钢、铸铁的应力——应变曲线拉伸图。

2．确定低碳钢在拉伸时的机械性能（比例极限R p 、下屈服强度R eL 、强度极限R m 、延伸率A 、断

面收缩率Z 等等）。

3. 确定铸铁在拉伸时的力学机械性能。 二、实验原理：

拉伸实验是测定材料力学性能最基本的实验之一。在单向拉伸时F —ΔL （力——变形）曲线的形式代表了不同材料的力学性能，利用：

0F S σ=

0L

L ε∆=

可得到σ—ε曲线关系。

三、实验所用的设备、仪器和工具

1、Zwick 电子万能材料试验机 一台

2、游标卡尺 一支

3、记号笔

一支 4、低碳钢、铸铁试件

各一个

四、实验步骤： 1．量度试件尺寸：

1）量度直径d 0。对于圆试件，在计算长度的两端及中部三处用卡尺测量，每一处都要在两个

互相垂直的方向上量出直径，取其直径最小值，测量精度到±0.1mm 。

2）确定计算长度L 0。

在试件中间等粗的细长部分内，量取计算长度L 0（按10倍或5倍试件确定）。然后用刻线机（记号笔等）把计算长度L 0分成若干等分（通常是以5mm 或10mm 为一等分）。以便当试件断裂不在中间时进行换算，从而求得比较正确的延伸率。但刻线时，应尽量轻微。

建议使用下列表格表1.3。

1) 打开主机电源

2) 静候数秒，以待机器系统检测

3) 打开TestXpert 测试软件，选取相应测试程序 （或直接在电脑桌面上双击程序图标） 4) 按主机“ON ”按钮，以使主机与程序相连 5) 顺利后，点击“LE ”图标以使夹具恢复到设定值 6) 用游标卡尺测量试样尺寸，并输入 7) 摆放试样于试样台，用夹具夹持试样一端 8) 点击“清零”图标，使力值清零 9) 用夹具夹持试样另一端 10) 点击“Start ”图标，开始测试

11) 弹出试样尺寸确认框，输入试样尺寸，点击“OK ” 12) 测试终止后，取出试样

13) 按“LE ”按钮，使横梁自动恢复到初始位置，程序自动计算测试结果并作出图表

14)将断裂后试样尺寸输入

15)点击“Print Protocol”图标，打印测试报告

16)保存测试结果文件，另存为*.zse格式的文件

17)退出程序

18)关闭主机电源，清理工作台

4．试验注意事项：

随时注意观察试件在拉伸过程中的形状变化和应力——应变曲线的变化情况。

1）当试件拉伸过程中，当应力——应变曲线出现平台时载荷即到达屈服阶段，在试件表面可能出现契尔诺夫滑移线。

2）过了屈服阶段后，观察冷作硬化现象。

3）当载荷到达最大值（F m）时，曲线开始回落下降，密切注意试件形状的变化，此时可看到颈缩现象。

4）试件拉断后，立即停机存盘。打印出所得的拉伸图，取下试件并量度此时的断后标距长度L u （如果试件是断在计算长度之外的作废）和颈缩处的最小直径d u。量度时将试件的两半接在一起，使

其尽量紧贴。

5．试验结果整理和计算：

1）对拉伸曲线的修正。

拉伸曲线得到后，往往在开始处形成如图3.3中所示的不规则的曲线。这是由于试验开始时，握紧器、夹具和试件之间尚未紧密相接。并非完全由于试件变形所致。因此对此曲线要进行修正，即将拉伸图直线部分往下延长，它与横坐标相交，交点即为原点

2）根据拉伸图的比例，找出相应的R eL，R m。并求出：

下屈服点R eL＝0

S

F

e

强度极限R m＝0

S

F

m

3)计算延伸率：

A＝0

L

L

L

u

100%

试件拉断后的残余变形在整个长度的分布是非均匀的。在颈缩部分大，而非颈缩部分残余变形小一些（见图3.4）。

图3.2图3.3