金属室温拉伸力学性能的测定 - 中南大学材料科学与工程学院

读数C2/
ΔC2/
(字或格) (字或格)
F0= F1= F2= F3= F4= F5=
Ci
C1
C2 2
Ci
C1
C2 2
ΔF=
平均 C1=
平均 C2 =
(l)i
Ci k
mm
六、实验报告要求
❖ 表4 弹性模量E计算结果
六、实验报告要求
❖ 表5 材料的强度及塑性指标
屈服载荷 FeL/kN
下屈服强度 σs/MPa
五、实验数据处理
❖ 表1 性能指标数值的修约规定
性能 σs、σp、σb
δ
范围 ≤200MPa以下 >200MPa-1000MPa
>1000MPa
修约间隔 1MPa 5MPa 10MPa
0.5%
ψ
0.5%
六、实验报告要求
❖ 将实验数据分别填入表2至5中，并计算出实验材料 的E、σs、σb、δ、ψ。 ❖ 表2 试样尺寸
A Au 100%
A
8
三、实验设备及材料与方法
❖ 1．万能材料试验机。 ❖ 2．球铰式引伸仪或电子引伸计。 ❖ 3．游标卡尺。 ❖ 4．低碳钢拉伸试样，l0=5d，将l0十等分，
用划线机刻画圆周等分线或用打点机打上 等分点。
四、实验步骤
❖ 1．测量试样尺寸：在标距l0的两端及中部三 个位置上，沿两个相互垂直的方向，测量试 样直径，以其平均值计算各横截面面积，再 以三者的平均值作为公式1，2和3中的A，至 于公式5，6和8中的A，则应以上述三个模范 作用截面面积中的最小值为A。
测定，也不作为强度指标。屈服期间初始瞬时效应
以后的最低载荷FeL，除以试样的原始横截面积A，
为下屈服强度σs（在材料力学性能中称为屈服极
限），即
s
FeL A
5
❖ 记录有载荷－伸长（延伸）变形或载荷－横梁位移
曲线的试验机，可在试验结束后，进入“分析”界 面读取FeL值或直接得到σs。若试验机由示力度盘和 指针指示载荷，则在进入屈服阶段后，示力指针停
A除Fb得抗拉强度σb，即
b
Fb A
6
二、实验原理
❖ 3．断后伸长率δ及断面收缩率ψ的测定
试样拉断后，原始标距部分的伸长与原始标距的百 分比，称为断后伸长率，用δ表示。试样的原始标距 长为l0，拉断后将两段试样紧密地对接在一起，量 出拉断后的标距长为lu，则断后伸长率为：
lu l0 100%
❖ 当采用或定标距试样（例如l0=80mm）时，测定的 断后伸长率应加以脚注，如δ11.3或δ80。
❖ 断面收缩率ψ是拉断试样后，缩颈处横截面面积的 最大缩减量与原始横截面积的百分比，用ψ表示。 设原始横截面积为A，试样拉断后，缩颈处的最小 横截面积为Au，由于断口不是规则的圆形，应在两 个互相垂直的方向上量取最小截面的直径，以其平 均值du计算Au，然后按下式计算断面收缩率ψ。
金属室温拉伸力学 性能的测定
主讲教师：
一、实验目的
❖ 1．掌握金属材料屈服强度σs 、抗拉强度 σb 、断后伸长率δ和断面收缩率ψ的测 试方法。
❖ 2．了解用引伸仪测定金属材料弹性模量E的 方法。
二、实验原理
❖ 拉伸实验是用拉力拉伸试样，一般拉至断裂， 以测定材料的一项或几项力学性能。常温下 的拉伸实验是测定材料力学性能的基本实验， 可用以测定弹性常数E和泊松比μ，屈服强度 σs（上屈服强度或下屈服强度），规定非比 例延伸强度，如σp0.2，抗拉强度σb，断后伸 长率δ和断面收缩率ψ等，这些力学性能指标 都是工程设计的重要依据。
伸长Δli，Δli+1与Δli的差值即为变形增δ(Δl)i，它是 ΔF引起的伸长增量。在逐级加载中，若得到的各级
δ(Δl)i基本相等，就表明Δl与F成线性关系，符合虎 克定律。完成一次加载过程，将得到Fi和Δli的一组 数据，按线性拟合法求得：
E Fi 2 nFi2 l0
Fili nFili A
二、实验原理
❖ 2．下屈服强度σs及抗拉强度σb的测定 上屈服强度是试样发生屈服而力首次下
降前的最高应力，下屈服强度σs是屈服期间 不计初始瞬时效应时的最低应力。
测定E后重新加载，同时记录载荷-变形 （或位移）曲线，当达到屈服阶段时，低碳 钢的拉伸曲线呈锯齿形（图1(a)）。
❖ 与最高载荷FeH对应的应力为上屈服强度，它受变形 速度和试样形状的影响较大，没有特殊要求一般不
2
除用线性拟合法确定E外，还可用下述弹性 模量
平均法。对应于每一个δ(Δl)i，由公 式1可以求 得相应的Ei为：
Ei
F l0
A (l )i
(i=1，2，…，n)
3
n个Ei的算术平均值
E
1 n
Ei
4
如能精确绘出拉伸曲线，即F-Δl曲线，也可在弹性 直线段上确定两点（如图1(b)的C1，C2），测出ΔF 和δ(Δl)计算E。
二、实验原理
❖ 1. 弹性模量E的测定
弹性模量是应力低于比例极限时应力与应变 的比值，即
E Fl0
1
Al
❖ 为检查载荷与变形的关系是否符合虎克定律， 减少测量误差，试验一般用等增量法加载， 即把载荷分成若干相等的加载等级ΔF（图 1(a)），然后逐级加载。为保证应力不超出比 例极限，加载前先估算出试样的屈服载荷， 以屈服载荷的70%-80%作为测定弹性模量的 最消高除载引荷伸仪Fn。和此试外验，机为机使构试的验间机隙夹，紧以试及样开，始 阶段引伸仪刀刃在试样上的可能滑动，对试 样荷于应的5，施10于加%是，一从个F初0到始F载n将荷载F0荷，分F0成可n取级为，屈且服n不载小 F Fn F0 (n≥5)
❖ 6．取下试样，将试验机恢复原状。
五、实验数据处理
❖ 1．用直线拟合法测定E：在测定弹性模量所得的几 组数据中，选取线性相关性较好的一组数据Fi， Δli，拟合为直线，按公式17-2计算E。
❖ 2．用弹性模量平均法测定E：利用上述数据组，按 公式17-3求出Ei，然后由公式17-4计算E。
❖ 3．弹性模量一般取三位有效数字，横截面面积A取 4位有效数字，其他性能指标的数值遵守表1 的修约规定。
n
❖ 例如低碳钢的下屈服强度σs=300MPa，试样直径 d=10mm，则
Fn
1 4
d
2
s
80% N
18850N
(取为18KN或19KN)
Fn
1 4
d
2
s
10%N
2356N
(取为3KN或4KN)
❖ 实验时，从F0到Fn逐级加载，载荷的每级增量ΔF。 对应着每个载荷Fi(i=1，2，…，n)，记录下相应的
l0
7
❖ 断的l一0之口部端外附位的，近有距则塑关离试性。小验变如于无形 断 或效最 口 等，大 发 于应， 生 （重所 于图做以l20（。的lub若两的）断端量,（口标取c距记与）点断l）0的或口， 则上按，下由述断断口口处移取中 约法 等测 于定 短段lu。的在格拉数断得后B的点长，段若 剩余格数为偶数（图2（b）），取其一半得C 点，设AB长为a，BC长为b，则lu= a+2b。当 长段剩余格数为奇数时（图2（c）），取剩 余点b2，格，则数设l减Au=B1a，后+ B的bC1+一和b2半B。C得1C的点长，度加分1别后为的a一，半b1得和C1
原标距
l0/ m
m
平均直径 d/mm
上中下
原始截面积 A/mm2
最小 平均
断后标距 lu/mm
断裂处最小直 径
du /mm
du1 du2 平均
断裂处 最小面积Au/mm2
六、实验报告要求
❖ 表3 测定E的数据记录表
载荷/kN
伸长变形(第一次)
读数C1/ (字或格)
ΔC1/ (字或格)
伸长变形(第二次)
❖ 2．试验机准备：按使用的液压万能机、屏显 液压万能机或电子万能机的操作规程进行准 备，使机器进入试验状态。
四、实验步骤
❖ 3．安装试样及引伸仪。 ❖ 4．进行预拉：为检查机器和仪表是否处于正
常状态，先把载荷预加到测定E的最高载荷Fn， 然后卸载到0-F0之间，当引伸仪读数不正常时 应重新安装。
四、实验步骤
❖ 5数．。加加载载：按测等E增时量，法先进加行载，至应F0保，持记加下载引的伸均仪匀的、初缓读 慢，并随时检查载荷与试样变形关系是否符合虎克 定律。载荷增加到Fn后卸载。测定E的试验应重复 三次，完成后卸载取下引伸仪。然后以(0.5-1.0)kN/s 或 应(保1-持5)加mm载/m速in率的恒速定率。加屈载服直阶至段测后量可Fe增L，大在应此变期速间率， 但也不应使两夹头分离速率超过25mm/min，最后直 至 做将试试 验样 时拉 ，断 通， 过记 进下入最“大分载析荷”状Fb。态使读用出电FeL子。万能机
止前进并开始倒退，这时应注意指针的波动情况， 捕捉初始瞬时效应后指针所指的最低载荷为FeL。
❖ 屈服阶段过后，进入强化阶段，试样又恢复了抵抗 继续变形的能力。载荷到达最大值Fb时，试样某一 局部的截面明显缩小，出现“缩颈”现象。这时示
力度盘的从动针停留在Fb不动（屏显式试验机则显 示峰值截荷Fb），主动针迅速倒退，表明载荷迅速 下降，直至试样被拉断。以试样的原始横截面面积
最大载荷 Fb/kN
抗拉强度 σb/MPa
断后伸长率 δ/%
断面收缩率 ψ/%
❖ 注：k—机械式引伸仪放大倍数，如球铰引伸仪k＝2000；用电子引伸计 配直读数显仪表测量伸长变形时，k＝1。
（a）2
（b）
图1 拉伸载荷-位移曲线示意图wenku.baidu.com
图2 拉伸试样拉断后的示意图