材料力学性能实验报告

大连理工大学实验报告

学院（系）：材料科学与工程学院专业：材料成型及控制工程班级：材0701姓名：学号：组：___

指导教师签字：成绩：

实验一金属拉伸实验

Metal Tensile Test

一、实验目的Experiment Objective

1、掌握金属拉伸性能指标屈服点σS，抗拉强度σb，延伸率δ和断面收缩率

φ的测定方法。

2、掌握金属材料屈服强度σ0.2的测定方法。

3、了解碳钢拉伸曲线的含碳量与其强度、塑性间的关系。

4、简单了解万能实验拉伸机的构造及使用方法。

二、实验概述Experiment Summary

金属拉伸实验是检验金属材料力学性能普遍采用的极为重要的方法之一，是用来检测金属材料的强度和塑性指标的。此种方法就是将具有一定尺寸和形状的金属光滑试样夹持在拉力实验机上，温度、应力状态和加载速率确定的条件下，对试样逐渐施加拉伸载荷，直至把试样拉断为止。通过拉伸实验可以解释金属材料在静载荷作用下常见的三种失效形式，即过量弹性变形，塑性变形和断裂。在实验过程中，试样发生屈服和条件屈服时，以及试样所能承受的最大载荷除以试样的原始横截面积，求的该材料的屈服点σS，屈服强度σ0.2和强度极限σb。用试样断后的标距增长量及断处横截面积的缩减量，分别除以试样的原始标距长度，及试样的原始横截面积，求得该材料的延伸率δ和断面收缩率φ。

三、实验用设备The Equipment of Experiment

拉力实验的主要设备为拉力实验机和测量试样尺寸用的游标卡尺，拉力

实验机主要有机械式和液压式两种，该实验所用设备原东德WPM—30T液压式万能材料实验机。液压式万能实验机是最常用的一种实验机。它不仅能作拉伸试验，而且可进行压缩、剪切及弯曲实验。

（一）加载部分The Part of Applied load

这是对试样施加载荷的机构，它利用一定的动力和传动装置迫使试样产生变形，使试样受到力或能量的作用。其加载方式是液压式的。在机座上装有两根立柱，其上端有大横梁和工作油缸。油缸中的工作活塞支持着小横梁。小横梁和拉杆、工作台组成工作框架，随工作活塞生降。工作台上方装有承压板和弯曲支架，其下方为钳口座，内装夹持拉伸试样用的上夹头。下夹头安装在下钳口座中，下钳口座固定在升降丝杆上。

当电动机带动油泵工作时，通过送油阀手轮打开送油阀，油液便从油箱经油管和进入工作油缸，从而推动活塞连同工作框架一起上升。于是在工作台与大横梁之间就可进行压缩、弯曲等实验，在工作台与下夹头之间就进行拉伸实验。实验完毕后，关闭送油阀、旋转手轮打开回油阀，则工作油缸中的油液便经油管泄回油箱，工作台下降到原始位置。

（二）测力部分The Part of Measuring Force

加载时，油缸中的油液推动工作活塞的力与试样所承受的力随时处于平衡状态。如果用油管和将工作油缸和测力油缸连同，此油压便推动测力活塞，通过连杆框架使摆锤绕支点转动而抬起。同时，摆锤上方的推板便推动水平齿杆，使齿轮带动指针旋转。指针旋转的角度与油压亦即与试样所承受的载荷成正比，因此在测力度盘上便可读出试样受力的量值。

四、试样Sample

拉伸试样，通常加工成圆型或矩形截面试样，其平行长度L0等于5d或10d （前者为长试样，后者为短试样），本实验用短试样，即L0=5d。本实验所用的试样形状尺寸如图1—1所示。

图1－1圆柱形拉伸试样及尺寸

五 拉伸性能指标测定方法 The Measuement Method of Tensile Performance Index

1、屈服点σS 的测定 The Measuement of Yield Point σS

试样在拉伸过程中，载荷不增加或开始降低而试样仍能继续伸长时的恒定最大或最小载荷所对应的应力，分别为屈服点σS ，上屈服点σSU ，下屈服点σSL 。

屈服点可借助于试验机测力度盘的指针或拉伸曲线来确定。

（1）指针法：当测力度盘的指针停止转动的恒定载荷或第一次回转的最小载荷即为所求的屈服载荷P S 。

（2） 图示法：在拉伸曲线上找出屈服平台的恒定负荷或第一次下降的最小载荷，为所求的屈服点载荷P S 。求出Ps 后，按下式可算出屈服点σS 。σS =Ps ／Fo （MN ／m 2或Mpa ）

图1—2 屈服点负载确定

2、屈服强度σ0.2的测定 The Measuement of Yield Strength σ0.2

对于拉伸曲线无明显屈服现象的材料，则必须测其屈服强度。屈服强度为试样在拉伸过程中，规定塑性变形为0.2%时的应力作为条件屈服点，称屈服强度。

（1）图解法：Diagram Method

在拉伸曲线上，自弹性直线段与横坐标轴的交点0齐截取一等于残余相对伸长为0.002mm 的距离OA ，再从A 点作平行与弹性直线段的AB 线交于拉伸曲线于B 点。B 点载荷即为所求的屈服强度载荷P 0.2，其伸长坐标轴放大倍数应不小于50倍（1—4）。

（2）卸力法（引伸计法） The method Unload

对试样施加约相当于预期规定残余伸长应力10%的力Px 后，装上引申计，

继续施力至2P 。保持5—10秒，再卸直Po ，记下引申计读数作为条件零点。从Po 起第一次施力至试样在引申计标距内产生的总伸长为n ×Le ×εr+（1~2）分格。（Le 为规定残余伸长，即引申计标距与规定残余伸长应为σ0.2所要求的伸长0.2%的积。εr 为弹性伸长）。

σ0.2=P 0.2／F o

3、抗拉强度σb 的测定 The Measuement of Tensile Strength σb

实验拉至断裂，从拉伸曲线上确定实验过程的最大力，或从测力度盘上读取

最大力。

试样拉伸达到“最大载荷Pb ”以前，伸长在标距范围内均匀分布。从“最

大载荷”开始，试样上产生局部伸长或颈缩现象。细颈出现后，截面迅速减小。继续拉伸所需的载荷也变小，直至断裂。最初对试样加载时，测力指针（主针）即随栽荷的增加而增加。当载荷达到最大值时，测力指针减少，减少到某一值时，试样断裂，按下式计算。

σb =Pb ／Fo

4、伸长率δ的测定 The Measuement of Elongation Rate δ

伸长率δ为试样拉断后标距长度的增量与原标距长度的百分比

δ=（Lk —Lo/Lo ）×100%

Le ：引伸计标距 n ：伸长方法倍数 图1—3 屈服强度负载的确定

P O

伸长

A 0.2% n Le