力学实验

金属材料拉伸试验22107 第8周_星期二_第7--8节

金属材料压缩试验，金属材料扭转试验22107 第10周_星期一_第5--6节

梁弯曲正应力实验22214 第11周_星期一_第5--6节

实验一拉伸试验

一、概述

拉伸试验是材料力学性能测试最基本、最常用的试验之一，它通过对各种材料在常温、静载、轴向受力状况下的拉伸破坏，测出材料相应的力学性能指标，这些指标是进行工程设计选材以及鉴定工程材料强度的主要依据。金属材料的拉伸试验依据国家标准GB228-2002执行。本试验采用低碳钢和铸铁作为塑性材料和脆性材料的代表，进行破坏性试验。

二、实验目的

1．测定低碳钢的下屈服点（屈服强度）R el 、抗拉强度R m、断后伸长率A11.3和断面收缩率Z；

2．测定铸铁的抗拉强度R m；

3．观察低碳钢和铸铁在拉伸过程中的各种现象；

4．掌握万能材料试验机自动测试系统的操作方法。

三、实验设备

1．液压式万能材料试验机

2．试件划线机

3．游标卡尺

4．计算机+智能变送器+材料性能测试系统

四、试件制备

试件的尺寸和形状对试验结果有影响，为了避免这种影响，使得所测各种材料的机械性能结果具有可比性，国家标准（GB228-2002）《金属材料室温拉伸试验方法》对试件尺寸和形状的加工制作有统一规定。

拉伸试样一般采用圆棒形和板形两种形式。每个试样由三部分组成，即夹持部分、过渡部分和工作（平行长度）部分。（见图1）

图1常见拉伸试样

工作部分必须保持光滑均匀以确保材料表面的单向应力状态，均匀部分的有效工作长度L0称为标距。d0、S0夹表示工作部分的直径和截面积。过度部分必须有适当的圆弧过度并光滑，以降低应力集中，保证实验过程中该处不会断裂。夾持部分用以传递荷载，其形状和尺寸应与试验机钳口相匹配。平行部分长度对圆形试样不小于L0+d0，对矩形试样不小于L0+b0/2。

试验中如果因原材料尺寸或其他原因不能采用标准试样时，可选用比例试样或定标距试

样：

比例试样L o=Ks01/2其中系数K通常为5.65或11.3，前者称为短试样，后者称为长试样；S0为试样平行部分原始面积。对圆棒试样来说，短试样和长试样的标距分别等于5d0和10d0

定标距试样的L0与S0无上述关系。

本试验采用d0=10mm，标距L0=100mm的圆棒长比例试件。

五、实验原理

应用DZXS-Ⅱ智能应力变送器接受液压万能材料试验机传感器的信号，并对其进行处理后送入JBK测试软件，实现静力材料力学性能的自动测试。

1、低碳钢拉伸

低碳钢的拉伸图（图2-a）（如下）；实验过程四个变形阶段，弹性阶段、屈服阶段、断裂破坏阶段，观察各阶段产生的现象，自动采集下屈服力F el、最大力F m；试样拉断后测量断后标距L1和缩颈处最小直径d1并记录。由此计算试验结果：低碳钢的下屈服点（屈服强度）R el 、抗拉强度R m、断后伸长率A和断面收缩率Z；

+

图2- a低碳钢拉伸图图2-b铸铁拉伸图应当指出记录的拉伸变形Δl不只是标距部分的伸长，还包括机器本身的弹性变形和试件头部在夹头中的滑动等，试件开始受力时，头部在夹头内的滑动较大，故绘出的拉伸图最初一段是曲线。

对于低碳钢材料，屈服阶段（S-S′）出现峰、谷值。上屈服点S受变形速度和试件形状等的影响较大，而下屈服点S′则相对稳定，故工程上以S′点对应的载荷作为材料下屈服力，用F el来表示。确定下屈服力F el：当试验进入屈服阶段时，此时可观察曲线的若干谷值，国标GB228-2002规定：取最小谷值作为F el（而第一次谷值不计）。试件拉伸达到最大力F m 之前，在标距范围内的变形基本是均匀的。从最大力开始，出现局部轴向伸长加快和缩颈现象。由于缩颈处的截面面积迅速减小，以同样的位移速度继续拉伸所需的载荷也相应的变小，直至E点断裂为止。

2、铸铁拉伸

铸铁试样试验时，利用测试软件可得到拉伸图（图2-b）；自动采集最大力F m；自动得到抗拉强度R m。

六、实验步骤

1．试件准备

打磨：打磨低碳钢试件工作部分，使其明亮光滑，有助于观察到屈服阶段产生的滑移线。

划线：为便于分析低碳钢试件变形情况，用划线机在试样工作部分表面划标距线。

测量：用游标卡尺测量。在试样原始标距段内的两端及中间取三个截面，在每一截面分别沿互相垂直的两个方向各测一直径数值，取二者平均值，作为该截面直径数值。三个截面中最小的数值作为原始直径数值。

2．估选试验机加载量程（挂砝码）

根据试样材料的抗拉强度R m估计值和原始横截面面积A0估算试验的最大载荷。再根据最大载荷的大小，选择合适的量程。

3．低碳钢试样

①自动测试

a．接通万能材料试验机，将万能试验机工作台上升10mm左右，设备调零（即调整摆锤刻度线与设备刻度线相重合，刻度线见万能试验机）；启动测试软件系统，设置有关实验参数。b．点击主菜单，选择“系统设置”再点击“测试方法”选择“调用”、接下来点击测试类型（如拉伸）、选中测试方法编号（询问指导老师）后，点击“下一步”。在“信息登录”空格输入测试数据文件名（如班级、小组，十六字符以内），点击“下一步”。

c．在“运行”项执行测试，屏幕上点击“联机”。点击“继续”输入试样编号和尺寸。d．在万能机上安装试件，若需要还可在试件上安装引伸计。

e．点击计算机屏幕上的“启动”，然后打开万能试验机送油阀使试样开始加力，这时计算机自动绘制受力图并可随时观察送油阀进油量的大小，以控制加载速度和记录下屈服力、最大力直至试样断裂。

②手动测试

a．打开送油阀将工作台上升10mm左右，设备调零，指针调零即调整测力主动指针对准读数度盘“零”点，并使副针与之靠拢，同时调整好自动绘图仪。

b．检查及试车

请教师检查以上步骤的完成情况后，开动试验机，预加少量载荷（应力不应超过材料的比例极限）然后卸载至零点，以检查试验机工作是否正常。

c．进行试验

Ⅰ开动试验机使之缓慢匀速加载。注意观察测力指针的转动、自动绘图的情况和相应的试验现象。当测力指针不动或反复波动时，说明材料开始屈服，记录下屈服力F el。并观察试件上的滑移线。

Ⅱ继续加载，当试验进入强化阶段后但不到最大力时可进行卸载，在自动绘图纸上观察到卸载与加载的曲线变化，卸载到零点后，再开动机器继续加载，此时可以观察到冷作硬化现象。

Ⅲ继续加载，当试件受力超过最大力时,主动针开始后退,此时可观察试件上出现局部缩颈现象直至试件断裂。关闭万能机送油阀，由副针读出最大力F m并记录之。

Ⅳ取下试件。将断裂试件的两段对齐并尽量挤紧，用游标卡尺测量断裂后的标距L1，测量断口缩颈处的最小平均直径d1，计算断口处最小横截面面积S1。

4．铸铁试样自动测试、手动测试的方法类似于低碳钢的测试方法，测试结果只有一个强度指标R m。

七、实验结果的处理

1．自动测试结果处理