材料力学性能静拉伸试验报告

静拉伸试验

一、实验目的

1、测45#钢的屈服强度s σ、抗拉强度m R 、断后伸长率δ和断面收缩率ψ。

2、测定铝合金的屈服强度s σ、抗拉强度m R 、断后伸长率δ和断面收缩率ψ。

3、观察并分析两种材料在拉伸过程中的各种现象。 二、使用设备

微机控制电子万能试验机、0.02mm 游标卡尺、试验分化器 三、试样

本试样采用经过机加工直径为10mm 左右的圆形截面比例试样，试样成分分别为铝合金和45#，各有数支。 四、实验原理

按照我国目前执行的国家 GB/T 228—2002标准—《金属材料 室温拉伸试验方法》的规定，在室温1035℃℃的范围内进行试验。将试样安装在试验机的夹头当中，然后开动试验机，使试样受到缓慢增加的拉力（一般应变速率应≤0.1m/s ），直到拉断为止，并且利用试验机的自动绘图装置绘出材料的拉伸图。

试验机自动绘图装置绘出的拉伸变形L ∆主要是整个试样，而不仅仅是标距部分的伸长，还包括机器的弹性变形和试样在夹头中的滑动等因素，由于试样开始受力时，头部在头内的滑动较大，故绘出的拉伸图最初一段是曲线。 塑性材料与脆性材料的区别： （1）塑性材料：

脆性材料是指断后伸长率5%δ≥的材料，其从开始承受拉力直至试样被拉断，变形都比较大。塑性材料在发生断裂时，会发生明显的塑性变形，也会出现屈服和颈缩等现象； （2）脆性材料：

脆性材料是指断后伸长率5%δ<的材料，其从开始承受拉力直至试样被拉断，变形都很小。并且，大多数脆性材料在拉伸时的应力—应变曲线上都没有明显的直线段，几乎没有塑性变形，在断裂前不会出现明显的征兆，不会出现屈服和颈缩等现象，只有断裂时的应力值—强度极限。

脆性材料在承受拉力、变形记小时，就可以达到m F 而突然发生断裂，其抗拉强度也远远

小于45钢的抗拉强度。同样，由公式0m m R F S =即可得到其抗拉强度，而根据公式，10

l l l δ-=。 五、实验步骤 1、试样准备

用笔在试样间距0L （10cm ）处标记一下。用游标尺测量出中间横截面的平均直径，并且测出试样在拉伸前的一个总长度L 。 2、试验机准备：

根据45钢的抗拉强度和试样的原始横截面积估计实验所需的最大的力，并且选择相应的载荷。

3、打开计算机。在测量程序中设定量程、载荷、变形档及加载速度等参数；

4、安装试样和引伸计，载荷、变形、位移等校准清零；

5、试件断裂，停机。将试验数据另存为EXCEL 表，之后用origin 软件将数据拟合成曲线；

6、取下试件并将断口紧密地对在一起，用游标卡尺测出断后试件的标距及颈缩处直径d 1的大小。观察断口外貌。

7、实验数据的处理与分析 （1）试件尺寸

表1 实验数据

（设试验前标距长度为0l ，试验后标距长度为1l ；试验前平行长度为2l ，试验后平行长度为3l ） 对于铝合金：

用标距长度计算的伸长率：1112.5100

100%12.5%100

δ-=⨯=

总的伸长率：3222135.46119.52

100%13.3%119.52

l l l δ--=

=⨯= 断面收缩率：2201

20

10 6.7(

)()22100%55.11%10()2

A A A ππψπ--=⨯==

对于45#：

用标距长度计算的伸长率：1118.7100

100%18.7%100

δ-=⨯=

总的伸长率：3222144124.16

100%16%124.16

l l l δ--=

=⨯= 断面收缩率：22

120

10.17.8

(

)()22100%40.35%10.1()

2

A A A ππψπ--=⨯== 由以上计算，铝合金和45#的断面收缩率明显大于5%，所以根据计算结果可判断它们均为塑性断裂。

（2）根据实验结果用origin 软件绘制铝合金的拉伸图

图1 铝合金的拉伸力-伸长曲线

通过挂插曲线和分析试验数据，该铝合金的屈服强度2305/()s N mm σ=，抗拉强度为

2305/()m R N mm =，所受的最大力为23.14kN 。

从该曲线可以看出，铝合金属于具备一定的塑性的塑性材料。其拉伸过程中包含了弹性变形的弹性阶段、均匀塑性变形阶段，不均匀集中塑性变形阶段和断裂阶段；然而并不经历典型塑性材料—如低碳钢等所具备的颈缩阶段——相应地断裂时发生45度斜面断口而非杯状断口。铝合金断口形貌如下所示：

图2 铝合金断口形貌

弹性阶段的铝合金材料其应力应变关系满足胡克定律，同时卸载后恢复原先尺寸。相较低碳钢，铝合金材料的屈服阶段并不明显，从微观角度这说明铝合金材料晶格在承受载荷时基本不发生相对的滑动与错位。猜测这是合金材料的共同特点。

（3）根据实验结果用origin 软件绘制45#的拉伸图

图3 45#的拉伸力-伸长曲线

通过挂插曲线和分析试验数据，该45#的屈服强度2400/()s N mm σ=，抗拉强度为

2645/()m R N mm =，所受的最大力为51.69kN 。

根据此拉伸力-伸长曲线，45#在拉伸力作用下的变形过程可以分为：弹性变形，不均匀塑性变形、均匀塑性变形、不均匀集中塑性变形、和断裂几个阶段。

断口的形貌：其断口呈杯锥形，由纤维区，放射区和剪切唇三个区域组成。放射区有放射线花纹特征，放射线平行于裂纹扩展方向而垂直于裂纹前端的轮廓线，并且逆指向裂纹源。 六、思考题

（1）应变强化是哪类材料的特点？发生在拉伸过程的哪个阶段，有何作用和意义？ 答：应变强化使金属韧性材料的特点，发生在均匀塑性变形阶段。

作用和意义：应变强化后的材料弹性阶段将会变大，塑性变低。这是的材料具有更好的弹性性能，是金属硬化的重要手段之一。

（2）断后伸长率反映材料什么性能？能否利用载荷-位移曲线准确测定材料的断后伸长率？ 答：断后伸长率δ是材料的两个塑性指标之一，反映了材料的塑性变形性能。但是，不能用载荷-位移曲线来确定。因为不知道实验机上试件架头间的原始距离。

（3）拉伸曲线的面积反映材料什么性能？实验材料中哪种材料的这种性能最好？ 答：反映了材料单位体积在断裂前吸收外界功的能力。

性能好坏：低碳钢>中碳钢>铝合金>>铸铁。